手把手带你拿捏C指针(2)（含冒泡排序）

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文章目录

一、数组名的理解
二、使用指针访问数组
三、一维数组传参本质
四、冒泡排序
五、二级指针
六、指针数组
七、指针数组模拟二维数组

一、数组名的理解

在上⼀个章节我们在使⽤指针访问数组的内容时，有这样的代码：

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int *p = &arr[0];

这⾥我们使⽤ &arr[0] 的⽅式拿到了数组第⼀个元素的地址，但是其实数组名本来就是地址，⽽且是数组⾸元素的地址，我们来做个测试

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);printf("arr = %p\n", arr);return 0;
}

输出结果：
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我们发现数组名和数组⾸元素的地址打印出的结果⼀模⼀样，数组名就是数组首元素(第⼀个元素)的地址
这时候有同学会有疑问？数组名如果是数组⾸元素的地址，那下⾯的代码怎么理解呢？

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };printf("%d\n", sizeof(arr));return 0;
}

输出的结果是：40，如果arr是数组⾸元素的地址，那输出应该的应该是4/8才对。
其实数组名就是数组⾸元素(第⼀个元素)的地址是对的，但是有两个例外：

sizeof(数组名)，sizeof中单独放数组名，这⾥的数组名表⽰整个数组，计算的是整个数组的大小，单位是字节
&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（整个数组的地址和数组⾸元素的地址是有区别的）

除此之外，任何地⽅使⽤数组名，数组名都表⽰⾸元素的地址

这时有好奇的同学，再试⼀下这个代码：

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);printf("arr     = %p\n", arr);printf("&arr    = %p\n", &arr);return 0;
}

运行结果：
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我们发现它们三个打印出来居然是一样的，那arr和&arr有什么区别呢？我们看以下的一个例子：

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };printf("&arr[0]   = %p\n", &arr[0]);printf("&arr[0]+1 = %p\n", &arr[0]+1);printf("arr       = %p\n", arr);printf("arr+1     = %p\n", arr+1);printf("&arr      = %p\n", &arr);printf("&arr+1    = %p\n", &arr+1);return 0;
}

运行结果如下：
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这⾥我们发现&arr[0]和&arr[0]+1相差4个字节，arr和arr+1 相差4个字节，是因为&arr[0] 和 arr 都是⾸元素的地址，+1就是跳过⼀个元素
这⾥我们发现&arr[0]和&arr[0]+1相差4个字节，arr和arr+1 相差4个字节，是因为&arr[0] 和 arr 都是⾸元素的地址，+1就是跳过⼀个元素
总结：数组名一般是数组首元素地址，只有两个例外，一个是它在sizeof中一个是&arr

二、使用指针访问数组

有了前面知识的基础，我们用指针访问数组就显得简单多了，当我们要对数组进行输入时，我们还是使用循环，scanf后面的参数我们就可以写成arr+i，因为i=0时，arr+0就是首元素的地址，i=1时，arr+1就是第二个元素的地址，依此类推
输出数组时也是同理，就是对原本的指针进行解引用，如下例：

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = {0};//输⼊int i = 0;int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);//输⼊int* p = arr;for(i=0; i<sz; i++){scanf("%d", p+i);
//也可以这样写：
//scanf("%d", arr+i);}//输出for(i=0; i<sz; i++){printf("%d ", *(p+i));}return 0;
}

这个代码搞明⽩后，我们再试⼀下，如果我们再分析⼀下，数组名arr是数组⾸元素的地址，可以赋值给p，其实数组名arr和p在这⾥是等价的。那我们现在可以大胆想象一下，可以使⽤arr[i]可以访问数组的元素，那p[i]是否也可以访问数组呢？如下代码：

 for(i=0; i<sz; i++){printf("%d ", p[i]);}

我们来看看代码运行结果：
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可以发现确实是这样，将 * (p+i)换成p[i]也是能够正常打印的，因为本质上p[i] 是等价于 * (p+i)。
同理arr[i] 应该等价于 *(arr+i)，数组元素的访问在编译器处理的时候，也是转换成⾸元素的地址+偏移量求出元素的地址，然后解引⽤来访问的
随后我们可以继续思考，既然arr[i]就等价于 * (arr+i)，我们可以想一下，它是否就等于 * (i+arr)，很明显这是肯定的，那arr[i]是否就可以写成i[arr]呢？p[i]是否可以写成i[p]？这个确实有点匪夷所思，实践出真知，我们接下来就进入实验，如下代码：

int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int i = 0;int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);int* p = arr;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", i[arr]);}printf("\n");for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", i[p]);}return 0;
}

我们来看看运行结果：
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我们可以看到这样确实可以，是不是很震惊，我刚开始学到这里也是这样的，但是也确实很有趣。
从这个例子我们也可以得出，下标访问操作符[]它的实际作用就是将它的两个操作数转换成指针的形式，比如将arr[i]转换为*(arr+i)，如果是i[arr]就转换成 * (i+arr)，这两个东西是等价的，所以我们将i和arr交换位置才没有问题

三、一维数组传参本质

数组我们学过了，之前也讲了，数组是可以传递给函数的，这个⼩节我们讨论⼀下数组传参的本质。⾸先从⼀个问题开始，我们之前都是在函数外部计算数组的元素个数，那我们可以把数组传给⼀个函数后，函数内部求数组的元素个数吗？

#include <stdio.h>
void test(int arr[])
{int sz2 = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);printf("sz2 = %d\n", sz2);
}
int main()
{int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int sz1 = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);printf("sz1 = %d\n", sz1);test(arr);return 0;
}

我们来看看运行结果：
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我们发现在函数内部是没有正确获得数组的元素个数
这就要学习数组传参的本质了，上个⼩节我们学习了：数组名是数组⾸元素的地址；那么在数组传参的时候，传递的是数组名，也就是说本质上数组传参传递的是数组⾸元素的地址
所以函数形参的部分理论上应该使⽤指针变量来接收⾸元素的地址。那么在函数内部我们写sizeof(arr) 计算的是⼀个地址的大小（单位字节）而不是数组的⼤小（单位字节）。正是因为函数的参数部分是本质是指针，所以在函数内部是没办法求的数组元素个数的
随后我们也能推导出，既然一维数组传参是传的首元素的地址，那么我们是否就可以用指针接收，接下来看另一个例子：

#include <stdio.h>
void test1(int arr[])//参数写成数组形式，本质上还是指针
{printf("%d\n", sizeof(arr));
}void test2(int* p)//参数写成指针形式
{printf("%d\n", sizeof(p));//计算⼀个指针变量的⼤⼩
}int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };test1(arr);test2(arr);return 0;
}

我们来看一下运行结果：
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总结：⼀维数组传参，形参的部分可以写成数组的形式，也可以写成指针的形式

四、冒泡排序

冒泡排序就是模拟冒泡的样子，数据不同，那么泡泡的大小就不同，小泡泡就会慢慢浮上去，按这个理解，冒泡排序默认是升序的，今天我们写一个冒泡排序，既可以升序，也可以降序
冒泡排序的原理就是比较一堆数中相邻的两个数，如果升序的话就是把小的那个数换到前面，如果是降序的话，就是把大的数换到前面
接下来我们开始设计冒泡排序函数：

函数命名：推荐：Bubble_sort，可以自行取名
函数参数：由于我们要对一堆数进行排序，所以我们需要一个数组帮我们存储这些数，随后我们需要这个数组的元素个数，最后由于我们设计的冒泡函数既有升序又有降序，所以我们可以将第三个参数用于辨别是升序还是降序，在这里我们就定义：第三个参数是0就是升序，第三个参数是1就是降序
函数实现：
（1）冒泡排序的中心思想就是比较相邻的两个数，看它们的大小比较，然后适时交换，现在我们以升序举例，如果左边的数大于右边的数，那么就对它们进行交换
（2）接着我们思考一下需要交换多少次，我们现在举一个比较极端的例子，如下图所示：

可以看到在这个例子中，7一直在做交换，那它最多做几次交换呢？经过推算，我们知道，在第七次交换时，7就已经交换好了，也就是总共8个数，需要交换8-1次，n个数就要交换n-1次，当然，这是最差的情况
（3）我们将7这个数换到了它正确的地方，经过了多次交换，我们就叫它一趟冒泡排序，一趟冒泡排序可以排好一个数字，那么一共有8个数字就需要7趟冒泡排序，因为如果把7个数字放在正确位置上了，那么第8个数字一定就在正确的位置上
（4）所以经过分析，我们知道了我们需要进行多趟冒泡排序，一趟冒泡排序可能有多次交换，所以我们需要两层循环，外层负责多趟，内层负责一趟的多次交换
（5）那么需要多少趟呢？在上面的例子中，我们了解到应该需要n-1趟，那每一趟可能需要交换多少次呢？这个就会随着循环的变化而变化，比如第一趟时需要n-1趟，又比如我们已经进行了一趟冒泡排序，那么就有1个数字排到了正确位置，这个时候就最多只需要n–1-1次交换，所以一趟需要交换多少次是会变化的，每完成一趟就少一次交换，所以我们可以写成n-i-1
（6）最后就是对数组中挨着的两个元素进行比较大小，我们可以设计一个if进行判断，如果第三个参数是0，那么进行升序排序，如果是1，就升序，这里用升序排序举例，如果左边大一些，那么就把两个数交换，否则不做任何修改
（7）有可能当我们只排序两三趟就完成了排序，后面的判断就有点浪费，所以我们可以创建一个变量flag作为标志，我们将其设置为1，含义是排序已经完成，然后每次进入交换时就把它置为0，如果没有产生交换就说明排序已经完成，就可以结束，以上就是整个冒泡排序的思路
（8）代码：

//冒泡排序：
void Bubble_sort(int arr[], int sz, int x)
{int i = 0;int j = 0;for (i = 0; i < sz-1; i++){//假设已经排序完成int flag = 1;for (j = 0; j < sz-i-1; j++){if (x == 0){if (arr[j] > arr[j + 1]){int exg = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = exg;flag = 0;}}else if (x == 1) {if (arr[j] < arr[j + 1]){int exg = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = exg;flag = 0;}}}if (flag == 1){break;}}
}void print(int arr[], int sz)
{for (int i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}
}int main()
{int arr[10] = { 2,5,8,4,6,1,9,3,7,10 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);Bubble_sort(arr, sz, 0);//第三个参数是0就升序//是1就是降序print(arr, sz);return 0;
}

最后我们来运行一下这个代码，看看我们的冒泡排序是否成功：
升序：

降序：

五、二级指针

指针变量也是变量，是变量就有地址，那指针变量的地址存放在哪⾥？
这就是二级指针，二级指针就是存放指针变量的地址，创建方式如下：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 0;int* pa = &a;int** ppa = &pa;return 0;
}

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对于⼆级指针的运算有：

*ppa 通过对ppa中的地址进⾏解引⽤，这样找到的是 pa ， *ppa 其实访问的就是 pa，如下例：

int b = 20;
*ppa = &b;//等价于 pa = &b;

**ppa 先通过 *ppa 找到 pa ,然后对 pa 进⾏解引⽤操作： *pa ，那找到的是 a，如下例：

**ppa = 30;
//等价于*pa = 30;
//等价于a = 30;

二级指针用的也比较少，后面会举例讲解，现在了解一下

六、指针数组

指针数组是指针还是数组？
我们类⽐⼀下，整型数组，是存放整型的数组，字符数组是存放字符的数组
那指针数组呢？是存放指针的数组
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指针数组的每个元素都是⽤来存放地址（指针）的，如下图：

指针数组的每个元素是地址，分别指向⼀块区域

七、指针数组模拟二维数组

我们可以创建几个数组，然后将数组的地址分别存入一个指针数组，如下：

int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6 };
int arr2[] = { 2,3,4,5,6,7 };
int arr3[] = { 3,4,5,6,7,8 };
int* parr[] = {arr1,arr2,arr3};

然后现在当我们访问指针数组parr的第一个元素时，我们发现parr[0]就是arr1的地址

我们之前讲过，我们要访问数组的元素，不一定必须写出诸如arr[i]的样式，只要是arr首元素的地址都可以，比如假设有一个指针变量p存放了数组arr的首元素地址，那么可以使用p[i]来访问数组

这里也是同理parr[0]就是第一个数组的数组名，也是该数组首元素地址，所以为了方便理解，我们将parr[0]想象成数组arr1的数组名，那么arr1的第一个元素表示为arr1[0]，即parr[0][0]，第二个元素为arr1[1]，即parr[0][1]

然后同理parr[1]就是第二个数组的数组名，也是该数组首元素地址，所以为了方便理解，我们也可以将parr[1]想像成arr2的数组名，那么arr2的第一个元素表示为arr2[0]，即parr[1][0]，第二个元素为arr2[1]，即parr[1][1]

经过上面的讲解，聪明的你是否已经发现，我们通过指针数组存放若干个数组地址，通过访问指针数组来访问原数组，实现了类似于二维数组的效果，在上例中，arr1相当于这个二维数组的第一行，arr2相当于这个二维数组的第二行，arr3相当于第三行

接下来我们来看看这个完整过程是怎样的，以及它的运行结果：

#include <stdio.h>
int main()
{int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6 };int arr2[] = { 2,3,4,5,6,7 };int arr3[] = { 3,4,5,6,7,8 };int* parr[] = {arr1,arr2,arr3};int i = 0;int j = 0;for (i = 0; i < 3; i++){for (j = 0; j < 6; j++){printf("%d ", parr[i][j]);}printf("\n");}return 0;
}