系统性学习C语言-第十六讲-深入理解指针（6）

1. ` sizeof ` 和 ` strlen ` 的对比
- 1.1 ` sizeof `
- 1.2 ` strlen `
- 1.3 ` sizeof ` 和 ` strlen ` 的对比
2. 数组和指针笔试题解析
- 2.1 一维数组
- 2.2 字符数组
- 2.3 二维数组
3. 指针运算笔试题解析
- 3.1 题目1：
- 3.2 题目2
- 3.3 题目3
- 3.4 题目4
- 3.5 题目5
- 3.6 题目6
- 3.7 题目7

1. `sizeof` 和 `strlen` 的对比

1.1 `sizeof`

在学习操作符的时候，我们学习了 sizeof ，sizeof 计算变量所占内存空间大小的，单位是字节，

如果操作数是类型的话，计算的是使用类型创建的变量所占内存空间的大小。

sizeof 只关注占用内存空间的大小，不在乎内存中存放什么数据。

比如：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;printf("%d\n", sizeof(a));printf("%d\n", sizeof a);printf("%d\n", sizeof(int));return 0;
}

在这里插入图片描述

1.2 `strlen`

strlen 是 C语言库函数，功能是求字符串长度。函数原型如下：

size_t strlen ( const char * str );

统计的是从 strlen 函数的参数 str 中这个地址开始向后，\0 之前字符串中字符的个数。

strlen 函数会⼀直向后找 \0 字符，直到找到为止，所以可能存在越界查找。

#include <stdio.h>
int main()
{char arr1[3] = {'a', 'b', 'c'};char arr2[] = "abc";printf("%d\n", strlen(arr1));printf("%d\n", strlen(arr2));printf("%d\n", sizeof(arr1));printf("%d\n", sizeof(arr2));return 0;
}

在这里插入图片描述

1.3 `sizeof` 和 `strlen` 的对比

在这里插入图片描述

2. 数组和指针笔试题解析

2.1 一维数组

int a[] = {1,2,3,4};
printf("%d\n",sizeof(a));
printf("%d\n",sizeof(a+0));
printf("%d\n",sizeof(*a));
printf("%d\n",sizeof(a+1));
printf("%d\n",sizeof(a[1]));
printf("%d\n",sizeof(&a));
printf("%d\n",sizeof(*&a));
printf("%d\n",sizeof(&a+1));
printf("%d\n",sizeof(&a[0]));
printf("%d\n",sizeof(&a[0]+1));

在对代码进行分析之前我们先回忆几个重要知识点。

数组名通常代表数组首元素的地址，但是有例外。
sizeof(数组名) ，此时数组名代表整个数组。
&数组名 ，此时取出的地址为整个数组的地址。

在对上面的知识点进行回忆后，我们便可以对代码进行分析。

int a[] = {1,2,3,4};
printf("%d\n",sizeof(a)); //为数组名的特殊用法，代表整个数组，结果为 16
printf("%d\n",sizeof(a+0)); //数组名并未单独放在 sizeof 内部，所以代表数组首元素，结果为 4/8
printf("%d\n",sizeof(*a)); //数组名为首元素地址，对其解引用后代表首元素，首元素类型为整形，结果为 4
printf("%d\n",sizeof(a+1));//数组首元素地址 + 1，仍为地址，结果为 4/8
printf("%d\n",sizeof(a[1]));//数组中第二个元素的字节数大小，结果为 4
printf("%d\n",sizeof(&a));//取出整个数组的地址，但仍为地址，结果为 4/8
printf("%d\n",sizeof(*&a));//先取出整个数组的地址，然后再解引用，仍然相当于直接求整个数组的字节数大小，结果为 16
printf("%d\n",sizeof(&a+1));//取出整个数组的地址然后 + 1，仍为地址，结果为 4/8
printf("%d\n",sizeof(&a[0]));//求数组第一个元素的地址的字节数大小，仍为地址，结果为 4/8 
printf("%d\n",sizeof(&a[0]+1));//相当于求第二个元素的地址字节数大小，仍为地址，结果为 4/8

在这里插入图片描述

这里作者的运行环境为 32位，故地址的字节数为 4。

2.2 字符数组

练习 1：

char arr[] = {'a','b','c','d','e','f'};
printf("%d\n", sizeof(arr));
printf("%d\n", sizeof(arr+0));
printf("%d\n", sizeof(*arr));
printf("%d\n", sizeof(arr[1]));
printf("%d\n", sizeof(&arr));
printf("%d\n", sizeof(&arr+1));
printf("%d\n", sizeof(&arr[0]+1));

与上面一样的步骤，接下来我们对代码进行解析。

char arr[] = {'a','b','c','d','e','f'};
printf("%d\n", sizeof(arr));//计算整个数组的字节数大小，为 6
printf("%d\n", sizeof(arr+0));//计算数组首元素地址的大小，为 4/8
printf("%d\n", sizeof(*arr));//计算首元素的大小，元素为字符类型，为 1
printf("%d\n", sizeof(arr[1]));//计算首元素的大小，元素为字符类型，为 1
printf("%d\n", sizeof(&arr));//取出整个数组的地址，结果仍为地址，字节数为 4/8
printf("%d\n", sizeof(&arr+1));//取出整个数组的地址，然后 + 1，相当于跳过了整个数组后的地址，仍为地址，字节数为 4/8
printf("%d\n", sizeof(&arr[0]+1));//相当于取出的是整个数组第二个元素的地址，仍为地址，字节数为 4/8

在这里插入图片描述

练习 2：

char arr[] = {'a','b','c','d','e','f'};
printf("%d\n", strlen(arr));
printf("%d\n", strlen(arr+0));
printf("%d\n", strlen(*arr));
printf("%d\n", strlen(arr[1]));
printf("%d\n", strlen(&arr));
printf("%d\n", strlen(&arr+1));
printf("%d\n", strlen(&arr[0]+1));

解析：

char arr[] = {'a','b','c','d','e','f'};
printf("%d\n", strlen(arr));//从首元素地址开始计算，由于 strlen 的特性，数组中并没有存储 \0，最终结果为随机值
printf("%d\n", strlen(arr+0));//从首元素开始计算，与上面的解析同理，最终结果仍为随机值
printf("%d\n", strlen(*arr));//*arr 解析出的结果为 a，a 的 ASCII值为 97，strlen 会将这个值作为地址进行访问，最终结果为非法访问
printf("%d\n", strlen(arr[1]));//arr[1] 解析出的结果为 b，与上面的解析同理，最终结果仍为非法访问
printf("%d\n", strlen(&arr));//从数组的地址开始计算，结果为随机值，与上面的解析同理
printf("%d\n", strlen(&arr+1));//从跳过整个数组的第一个地址开始计算，结果为随机值，与上面解析同理
printf("%d\n", strlen(&arr[0]+1));//从数组的第二个元素地址开始计算，结果为随机值，与上面解析同理

因有非法访问，所以无法插入实机演示结果

练习 3：

char arr[] = "abcdef";
printf("%d\n", sizeof(arr));
printf("%d\n", sizeof(arr+0));
printf("%d\n", sizeof(*arr));
printf("%d\n", sizeof(arr[1]));
printf("%d\n", sizeof(&arr));
printf("%d\n", sizeof(&arr+1));
printf("%d\n", sizeof(&arr[0]+1));

解析：

char arr[] = "abcdef";
printf("%d\n", sizeof(arr));//求整个数组的字节数，结果为 7
printf("%d\n", sizeof(arr+0));//求数组首元素地址的字节数，结果为 4/8
printf("%d\n", sizeof(*arr));//求首元素的字节数，元素类型为字符，结果为 1
printf("%d\n", sizeof(arr[1]));//求数组第二个元素的字节数，元素类型为字符，结果为 1
printf("%d\n", sizeof(&arr));//求整个数组地址的字节数，结果为 4/8
printf("%d\n", sizeof(&arr+1));//求跳过整个数组后第一个地址的字节数，结果为 4/8
printf("%d\n", sizeof(&arr[0]+1));//求数组第二个地址的字节数，结果为 4/8

在这里插入图片描述

练习 4：

char arr[] = "abcdef";
printf("%d\n", strlen(arr));
printf("%d\n", strlen(arr+0));
printf("%d\n", strlen(*arr));
printf("%d\n", strlen(arr[1]));
printf("%d\n", strlen(&arr));
printf("%d\n", strlen(&arr+1));
printf("%d\n", strlen(&arr[0]+1));

解析：

char arr[] = "abcdef";
printf("%d\n", strlen(arr));//从首元素地址开始计算，结果为 6
printf("%d\n", strlen(arr+0));//从首元素地址开始计算，结果为 6
printf("%d\n", strlen(*arr));//*arr 地结果为 a ，对应地 ASCII值 为 97，strlen 会将 97 作为地址进行访问，结果为非法访问
printf("%d\n", strlen(arr[1]));//结果为非法访问，arr[1] 结果为 b，其余解析与上面一样
printf("%d\n", strlen(&arr));//从整个数组地地址开始计算，结果为 6
printf("%d\n", strlen(&arr+1));//从跳过整个数组地第一个地址开始计算，结果为随机值
printf("%d\n", strlen(&arr[0]+1));//从数组地第二个元素地址开始计算，结果为 5

练习 5：

char *p = "abcdef";
printf("%d\n", sizeof(p));
printf("%d\n", sizeof(p+1));
printf("%d\n", sizeof(*p));
printf("%d\n", sizeof(p[0]));
printf("%d\n", sizeof(&p));
printf("%d\n", sizeof(&p+1));
printf("%d\n", sizeof(&p[0]+1));

解析：

char *p = "abcdef";
printf("%d\n", sizeof(p));//计算指针 p 的大小，结果为 4/8
printf("%d\n", sizeof(p+1));//计算第二字符 b 的地址大小，结果为 4/8
printf("%d\n", sizeof(*p));//计算第一元素 a 的字节大小，结果为 1
printf("%d\n", sizeof(p[0]));//计算第一元素 a 的字节大小，结果为 1
printf("%d\n", sizeof(&p));//计算指针 p 的地址大小，结果为 4/8
printf("%d\n", sizeof(&p+1));//计算跳过指针 p 地址后的第一个地址大小，结果为 4/8
printf("%d\n", sizeof(&p[0]+1));//计算 b 的地址大小，结果为 4/8

在这里插入图片描述

练习 6：

char *p = "abcdef";
printf("%d\n", strlen(p));
printf("%d\n", strlen(p+1));
printf("%d\n", strlen(*p));
printf("%d\n", strlen(p[0]));
printf("%d\n", strlen(&p));
printf("%d\n", strlen(&p+1));
printf("%d\n", strlen(&p[0]+1));

解析：

char *p = "abcdef";
printf("%d\n", strlen(p));//从 p 开始计算，结果为 6
printf("%d\n", strlen(p+1));//从数组的第二个元素开始计算，结果为 5
printf("%d\n", strlen(*p));//*p 解析为 a ，ASCII值 为 97，strlen 会将 97 当作地址进行访问，结果为非法访问
printf("%d\n", strlen(p[0]));//p[0] 解析为 a，结果为非法访问
printf("%d\n", strlen(&p));//从 p 的地址开始计算，结果为随机值
printf("%d\n", strlen(&p+1));//从跳过 p 的地址后的第一个地址进行计算，结果为随机值
printf("%d\n", strlen(&p[0]+1));//从数组的第二个元素的地址开始计算，结尾为 5

2.3 二维数组

int a[3][4] = {0};
printf("%d\n",sizeof(a));
printf("%d\n",sizeof(a[0][0]));
printf("%d\n",sizeof(a[0]));
printf("%d\n",sizeof(a[0]+1));
printf("%d\n",sizeof(*(a[0]+1)));
printf("%d\n",sizeof(a+1));
printf("%d\n",sizeof(*(a+1)));
printf("%d\n",sizeof(&a[0]+1));
printf("%d\n",sizeof(*(&a[0]+1)));
printf("%d\n",sizeof(*a));
printf("%d\n",sizeof(a[3]));

解析：

int a[3][4] = {0};
printf("%d\n",sizeof(a));//计算整个 a 数组的字节数大小，结果为 48
printf("%d\n",sizeof(a[0][0]));//计算第一行第一个元素的大小，元素为整形类型，结果为 4
printf("%d\n",sizeof(a[0]));//a[0] 解析为 a数组 第一行的数组名，计算整个第一行的字节数大小，结果为 16
printf("%d\n",sizeof(a[0]+1));//a[0]+1 解析为 &a[0][1] ，计算第一行第二个元素地址的大小，结果为 4/8
printf("%d\n",sizeof(*(a[0]+1)));//*(a[0]+1) 解析为 a[0][1]，计算第一行第二个元素的大小，结果为 4
printf("%d\n",sizeof(a+1));//计算 a数组 第二行地址的大小，结果为 4/8
printf("%d\n",sizeof(*(a+1)));//计算 a数组 第二行的大小，结果为 16
printf("%d\n",sizeof(&a[0]+1));//取出跳过第一行后的第一个地址，也就是第二行的地址，结果为 4/8
printf("%d\n",sizeof(*(&a[0]+1)));//取出第二行的地址然后解引用，求第二行的大小，结果为 16
printf("%d\n",sizeof(*a));// a 为首元素 a[0] 的地址，对其进行解引用表示第一行，求第一行的大小，结果为16 
printf("%d\n",sizeof(a[3]));//a 数组并没有第四行，最终结果为报错

到此我们再对数组名的意义进行总结：

sizeof(数组名) ，这里的数组名表示整个数组，计算的是整个数组的大小。
&数组名，这里的数组名表示整个数组，取出的是整个数组的地址。
除此之外所有的数组名都表示首元素的地址

3. 指针运算笔试题解析

3.1 题目1：

#include <stdio.h>
int main()
{int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };int *ptr = (int *)(&a + 1);printf( "%d,%d", *(a + 1), *(ptr - 1));return 0;
}

解析：

int *ptr = (int *)(&a + 1);

对于指针 ptr 所指向的地址 &a + 1 代表这跳过整个 a 数组地址后的第一个地址。

所以 *(ptr - 1) 就是对指针 ptr 的前一个地址进行解引用，也就是数组中最后一个元素的地址进行解引用。

对于 *(a + 1) ，a + 1 表示数组中第二个元素的地址，所以 *(a + 1) 表示对第二个元素的地址进行解引用。

最终的结果为 2，5

在这里插入图片描述

3.2 题目2

//在X86环境下 
//假设结构体的⼤⼩是20个字节 
//程序输出的结果是啥？ 
struct Test
{int Num;char *pcName;short sDate;char cha[2];short sBa[4];
}*p = (struct Test*)0x100000;
int main()
{printf("%p\n", p + 0x1);printf("%p\n", (unsigned long)p + 0x1);printf("%p\n", (unsigned int*)p + 0x1);return 0;
}

解析：

要解出正确答案，我们就要清楚指针 +1 ，会产生怎样的操作，指针 + 1 会根据指针不同的步长，从而跳过不同的字节数，

所以对于 p + 0x1 跳过的就是结构体的字节数，结构体 Test 的字节数大小为 20 ，所以 p + 0x1 跳过的字节数大小为 20，

20 转换为 16进制为 0x14，所以结果为 0x100014，同样的对于 (unsigned int*)p + 0x1 我们跳过则为 unsigned int 类型的字节数，

为 4 字节，所以最终结果为 0x100004，但是在(unsigned long)p + 0x1 p 被转换成了无符号长整形类型，不再为指针，

所以这时的 +1 就不能再遵循指针的规则，而是遵循整形的算术规则，正常 + 1，结果为 0x100001，

对于 X86 环境下的地址显示，32位系统在显示地址时最多能显示 8 位，所以我们要在结果前补上两个 0，

最终结果为：

在这里插入图片描述

3.3 题目3

#include <stdio.h>
int main()
{int a[3][2] = { (0, 1), (2, 3), (4, 5) };int *p;p = a[0];printf( "%d", p[0]);return 0;
}

解析：

对于这道题，我们一定要辨析好二维数组的初始化方式，题目中二维数组的初始化分组部分使用的是 () ，而并非 {} ，

而小括号内部使用了逗号表达式，逗号表达式返回的是表达式中最后一个值，

所以实际二维数组的初始化其实应该为这样 int a[3][2] = { 1, 3, 5 };

所以指针 p ，p = a[0]; 取到的是数组第一行地址，第一行包含的元素为 1，3，所以 p[0] 取到的第一个元素为 1，

最终结果为 1 。

在这里插入图片描述

3.4 题目4

//假设环境是x86环境，程序输出的结果是啥？ 
#include <stdio.h>
int main()
{int a[5][5];int(*p)[4];p = a;printf( "%p,%d\n", &p[4][2] - &a[4][2], &p[4][2] - &a[4][2]);return 0;
}

解析：

首先我们对于 p[4][2] 进行分析， p[4][2] 相当于 *(p + 4)[2]，这里就和指针步长扯上关系了，指针 p 的类型为 int [4] ，

所以每次 + 1 时，跳过 4 个整形类型的字节，因为 p = a ，所以指针 p 与数组 a 的首元素地址时一样的，

所以 p[4][2] 实际上跳过了 a 数组的 18 个元素，而 a[4][2] 跳过了数组的 22 个元素，指针 - 指针计算出的是指针之间的元素个数，

所以结果为 -4，但对于第一个 -4 我们要化成十六进制地址的形式，我们先写出 -4 的源码，然后求出补码。

源码：10000000 00000000 00000000 00000100
反码：11111111 11111111 11111111 11111011
补码：11111111 11111111 11111111 11111100
补码的十六进制：FFFFFFFC

所以最终的结果为：
在这里插入图片描述

3.5 题目5

#include <stdio.h>
int main()
{int aa[2][5] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };int *ptr1 = (int *)(&aa + 1);int *ptr2 = (int *)(*(aa + 1));printf( "%d,%d", *(ptr1 - 1), *(ptr2 - 1));return 0;
}

解析：

我们先对指针ptr1 进行解析，int *ptr1 = (int *)(&aa + 1); 其中 &aa + 1 是跳过整个 aa 数组后的第一个整形指针地址

*ptr2 = (int *)(*(aa + 1)); 其中 *(aa + 1) 中 aa 表示数组首元素地址，为 &aa[0] ，+ 1 后指向 &aa[1] ，

所以指针 ptr2 实际代表数组 aa 的第二行。因为 ptr1，ptr2 指针的类型都为整形指针类型，所以 +1，-1 都只会跳过一个整形的地址

所以 *(ptr1 - 1) 是对 aa 数组的最后一个元素地址进行解引用，*(ptr2 - 1) 是对数组第一行最后一个元素地址进行解引用

所以最终的结果为：

在这里插入图片描述

3.6 题目6

#include <stdio.h>
int main()
{char *a[] = {"work","at","alibaba"};char**pa = a;pa++;printf("%s\n", *pa);return 0;
}

解析：

我们先来分析字符指针数组 a ，a 的成员有三个，依次分别为 work ，at ，alibaba 。

因为 char**pa = a; ，所以指针 pa 指向数组 a 的首元素地址，pa++; 相当于 a[0] + 1 ，数组 a 的第一个元素为 work ，+1后

指向第二个元素 at ，所以最终的打印结果为 at。

在这里插入图片描述

3.7 题目7

#include <stdio.h>
int main()
{char *c[] = {"ENTER","NEW","POINT","FIRST"};char**cp[] = {c+3,c+2,c+1,c};char***cpp = cp;printf("%s\n", **++cpp);printf("%s\n", *--*++cpp+3);printf("%s\n", *cpp[-2]+3);printf("%s\n", cpp[-1][-1]+1);return 0;
}