C语言指针与数组深入剖析及优化示例 指针解读 数组与指针的关系

集大周杰伦2024-12-19 13:49

说明：

这是个人对该在Linux平台上的C语言学习网站笨办法学C上的每一个练习章节附加题的解析和回答

ex14：

  • 重新编写这些函数，使它们的数量减少。比如，你真的需要can_print_it吗？

    cs 复制代码 
    if(isalpha(ch) || isblank(ch)) {
    printf("'%c' == %d ", ch, ch);
}

  • 使用strlen函数，让print_arguments知道每个字符串参数都有多长，之后将长度传入print_letters。然后重写print_letters，让它只处理固定的长度，不按照'\0'终止符。你需要#include <string.h>来实现它。

    cs 复制代码 
    #include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>

// forward declarations
int can_print_it(char ch);
void print_letters(char arg[],char str_len);

void print_arguments(int argc, char *argv[])
{
    int i = 0;

    for(i = 0; i < argc; i++) {
        print_letters(argv[i],strlen(argv[i]));
    }
}

void print_letters(char arg[],char str_len)
{
    int i = 0;

    for(i = 0; i < str_len; i++) {
        char ch = arg[i];

        if(isalpha(ch) || isblank(ch)) {
            printf("'%c' == %d ", ch, ch);
        }
    }

    printf("\n");
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    print_arguments(argc, argv);
    return 0;
}

  • 使用man来查询isalpha和isblank的信息。使用其它相似的函数来只打印出数字或者其它字符。

    其他类似函数：
    isdigit: 检查字符是否为数字（0-9）。
    ispunct: 检查字符是否为标点符号。
    isxdigit: 检查字符是否为十六进制数字。
    isalnum: 检查字符是否为字母或数字。
    iscntrl: 检查字符是否为控制字符。

    cs 复制代码 
    #include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>

// Function prototypes
void print_arguments(int argc, char *argv[]);
void print_letters(const char *arg);
void print_digits(const char *arg);
void print_punctuation(const char *arg);

void print_arguments(int argc, char *argv[]) {
    for (int i = 0; i < argc; i++) {
        printf("Argument %d: %s\n", i, argv[i]);
        printf("Letters: ");
        print_letters(argv[i]);
        printf("Digits: ");
        print_digits(argv[i]);
        printf("Punctuation: ");
        print_punctuation(argv[i]);
        printf("\n");
    }
}

void print_letters(const char *arg) {
    for (int i = 0; arg[i] != '\0'; i++) {
        char ch = arg[i];
        if (isalpha(ch) || isblank(ch)) {
            printf("'%c' == %d ", ch, ch);
        }
    }
    printf("\n");
}

void print_digits(const char *arg) {
    for (int i = 0; arg[i] != '\0'; i++) {
        char ch = arg[i];
        if (isdigit(ch)) {
            printf("'%c' == %d ", ch, ch);
        }
    }
    printf("\n");
}

void print_punctuation(const char *arg) {
    for (int i = 0; arg[i] != '\0'; i++) {
        char ch = arg[i];
        if (ispunct(ch)) {
            printf("'%c' == %d ", ch, ch);
        }
    }
    printf("\n");
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    print_arguments(argc, argv);
    return 0;
}

  • 上网浏览不同的人喜欢什么样的函数格式。永远不要使用"K&R"语法，因为它过时了，而且容易使人混乱，但是当你碰到一些人使用这种格式时，要理解代码做了什么。

    旧的"K&R"函数定义形式（Kernighan and Ritchie风格），来源于C语言的初始版本，在ANSI C（1989年）现代风格之前非常流行。这种形式在现代C编程中已经过时，但仍然可以在一些老旧的代码中看到。它的特点是函数参数的类型声明放在函数体之前，单独列出 ，而不是在函数头部直接定义参数及其类型。

    cs 复制代码 
    int sum(a, b)
int a;  // 参数类型声明
int b;  // 参数类型声明
{
    return a + b;
}

    ex15:

  • 一些指针的疑问总结：

    指针的类型和不同级数的异同点？
    所有的指针（无论几级指针都是一个存储指针地址的变量，都是只有操作系统的位数来决定的，要么是64位要么是32位），而指针的类型（例如：int * ，char *）决定了指针每次读取数据的内存地址偏移量
    例子：

    cs 复制代码 
    #include <stdio.h>

int main() {
    char arr_char[] = "Hello"; 
    int arr_int[] = {10, 20, 30, 40};  

    char *p_char = arr_char;
    int *p_int = arr_int;

    // 输出原始地址
    printf("Original char pointer address: %p\n", p_char);
    printf("Original int pointer address: %p\n", p_int);

    // 输出加 1 后的地址
    printf("char pointer after p_char + 1: %p\n", p_char + 1);//偏移量1
    printf("int pointer after p_int + 1: %p\n", p_int + 1);//偏移量4

    return 0;
}
/*输出
Original char pointer address: 0x7ffeeef25a50
Original int pointer address: 0x7ffeeef25a60
char pointer after p_char + 1: 0x7ffeeef25a51
int pointer after p_int + 1: 0x7ffeeef25a64
*/

    有关指针* 和 & 操作符解释：
    * 是解引用操作符，用于访问指针指向的值。解引用一个一级指针时，访问的是指针指向的数据；解引用一个二级指针时，先访问一级指针，再访问一级指针指向的数据。
    & 是取地址操作符，用于获取变量的地址。当你对一个变量应用 & 时，编译器会根据变量的类型生成指针，并保存该指针的类型信息。

    编译器如何在内存中区分不同级别指针？
    一级指针（例如 int *ptr）会在内存中存储一个指向 int 类型数据的地址。
    二级指针（例如 int **pptr）会在内存中存储一个指向一级指针的地址，访问时会先取出一级指针，再使用一级指针去访问实际数据。

    cs 复制代码 
    int x = 5;
int *p1 = &x;   // p1 是一级指针，存储 x 的地址
int **p2 = &p1;  // p2 是二级指针，存储 p1 的地址
/*内存表示
x = 5
p1 -> 地址1    (指向 x)
p2 -> 地址2    (指向 p1)
*/

    当我们解引用 p2 时，首先得到 p1 的值（即 &x），然后通过 p1 访问 x。

  • 再次解读一个非常好的例子：

    cs 复制代码 
    #include <stdio.h>

int main(){
    int int_var = 16909060; // 0x01020304 in memory
    //16909060 对应的十六进制是 0x01020304。在小端模式内存中，int_var 会以4个字节存储这个值（0x04 0x03 0x02 0x01，从低地址到高地址）
    char *char_ptr = (char *)&int_var;

    printf("char_ptr[0]: %d\n", char_ptr[0]); // 输出最低字节
    printf("char_ptr[1]: %d\n", char_ptr[1]); // 输出次低字节
    /*
    上述的char_ptr[0]其实就是是指针数组的索引操作，实际上是访问char_ptr指向数组的第二个元素
    而char_ptr指向int_var的指针，而int_var被强制转化为char *型指针(偏移量为1)
    即int_var在内存中其实相当于四个元素的数组，第一个元素为0x04，第二个为0x03...
    char_ptr[0]也相当于对char_ptr的解引用：*char_ptr,故char_ptr[1]等价于*（char_ptr+1）
    */
    return 0;
}

    根据以上分析可以推断出输出结果为：

    cs 复制代码 
    char_ptr[0]: 4
char_ptr[1]: 3

    指针词库

    现在我打算向你提供一个词库，用于读写指针。当你遇到复杂的指针语句时，试着参考它并且逐字拆分语句（或者不要使用这个语句，因为有可能并不好）：

    type *ptr

    type类型的指针，名为ptr。

    *ptr

    ptr所指向位置的值。

    *(ptr + i)

    （ptr所指向位置加上i）的值。

    注：以字节为单位的话，应该是ptr所指向的位置再加上sizeof(type) * i。

    &thing

    thing的地址。

    type *ptr = &thing

    名为ptr，type类型的指针，值设置为thing的地址。

    ptr++

    自增ptr指向的位置。

  • 使用访问指针的方式重写所有使用数组的地方。

    将原来使用 ages[i] 的地方，可以通过 *(ages + i) 来访问。

  • 使用访问数组的方式重写所有使用指针的地方。

    将原来使用 *(names + i) 的地方，可以通过 names[i] 来访问。

  • 使用指针来处理命令行参数，就像处理names那样。

    printf("Argument %d: %s\n", i, *(argv + i));

  • 在程序末尾添加一个for循环，打印出这些指针所指向的地址。你需要在printf中使用%p。

    cs 复制代码 
    // 打印指针所指向的地址
void print_addresses(int *ages, char **names, int count)
{
    int i = 0;
    while (i < count) {
        printf("Address of names[%d]: %p, Address of ages[%d]: %p\n", i, &names[i], i, &ages[i]);
        i++;
    }
}

  • 对于每一种打印数组的方法，使用函数来重写程序。试着向函数传递指针来处理数据。记住你可以声明接受指针的函数，但是可以像数组那样用它。

    cs 复制代码 
    #include <stdio.h>

// 函数声明：打印年龄和名字
void print_using_pointers(int *ages, char **names, int count);
void print_using_arrays(int *ages, char **names, int count);
void print_using_pointers_from_argv(char **argv, int argc);
void print_addresses(int *ages, char **names, int count);

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 创建数组
    int ages[] = {23, 43, 12, 89, 2};
    char *names[] = {"Alan", "Frank", "Mary", "John", "Lisa"};

    // 获取数组的元素个数
    int count = sizeof(ages) / sizeof(int);

    // 使用指针的方式打印
    print_using_pointers(ages, names, count);

    printf("---\n");

    // 使用数组的方式打印
    print_using_arrays(ages, names, count);

    printf("---\n");

    // 使用指针处理命令行参数
    print_using_pointers_from_argv(argv, argc);

    printf("---\n");

    // 打印指针所指向的地址
    print_addresses(ages, names, count);

    return 0;
}

// 使用指针方式打印
void print_using_pointers(int *ages, char **names, int count)
{
    int i = 0;
    while (i < count) {
        printf("%s is %d years old.\n", *(names + i), *(ages + i));
        i++;
    }
}

// 使用数组方式打印
void print_using_arrays(int *ages, char **names, int count)
{
    int i = 0;
    while (i < count) {
        printf("%s has %d years alive.\n", names[i], ages[i]);
        i++;
    }
}

// 使用指针处理命令行参数
void print_using_pointers_from_argv(char **argv, int argc)
{
    int i = 0;
    while (i < argc) {
        printf("Argument %d: %s\n", i, *(argv + i));
        i++;
    }
}

// 打印指针所指向的地址
void print_addresses(int *ages, char **names, int count)
{
    int i = 0;
    while (i < count) {
        printf("Address of names[%d]: %p, Address of ages[%d]: %p\n", i, (void*)&names[i], i, (void*)&ages[i]);
        i++;
    }
}

  • 将for循环改为while循环，并且观察对于每种指针用法哪种循环更方便。

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