C語(yǔ)言編程常見(jiàn)問(wèn)題解答  
 

 
發(fā)表日期：2003年10月2日      已經(jīng)有1733位讀者讀過(guò)此文 
 


                                      第9章  數(shù)    組

    C語(yǔ)言處理數(shù)組的方式是它廣受歡迎的原因之一。C語(yǔ)言對(duì)數(shù)組的處理是非常有效的，其原因有以下三點(diǎn)：
    第一，除少數(shù)翻譯器出于謹(jǐn)慎會(huì)作一些繁瑣的規(guī)定外，C語(yǔ)言的數(shù)組下標(biāo)是在一個(gè)很低的層次上處理的。但這個(gè)優(yōu)點(diǎn)也有一個(gè)反作用，即在程序運(yùn)行時(shí)你無(wú)法知道一個(gè)數(shù)組到底有多大，或者一個(gè)數(shù)組下標(biāo)是否有效。ANSI/ISOC標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)使用越界下標(biāo)的行為作出定義，因此，一個(gè)越界下標(biāo)有可能導(dǎo)致這樣幾種后果：
    (1) 程序仍能正確運(yùn)行；
    (2) 程序會(huì)異常終止或崩潰；
    (3) 程序能繼續(xù)運(yùn)行，但無(wú)法得出正確的結(jié)果；
    (4) 其它情況。
    換句話說(shuō)，你不知道程序此后會(huì)做出什么反應(yīng)，這會(huì)帶來(lái)很大的麻煩。有些人就是抓住這一點(diǎn)來(lái)批評(píng)C語(yǔ)言的，認(rèn)為C語(yǔ)言只不過(guò)是一種高級(jí)的匯編語(yǔ)言。然而，盡管C程序出錯(cuò)時(shí)的表現(xiàn)有些可怕，但誰(shuí)也不能否認(rèn)一個(gè)經(jīng)過(guò)仔細(xì)編寫(xiě)和調(diào)試的C程序運(yùn)行起來(lái)是非常快的。
    第二，數(shù)組和指針能非常和諧地在一起工作。當(dāng)數(shù)組出現(xiàn)在一個(gè)表達(dá)式中時(shí)，它和指向數(shù)組中第一個(gè)元素的指針是等價(jià)的，因此數(shù)組和指針幾乎可以互換使用。此外，使用指針要比使用數(shù)組下標(biāo)快兩倍(請(qǐng)參見(jiàn)9．5中的例子)。
    第三，將數(shù)組作為參數(shù)傳遞給函數(shù)和將指向數(shù)組中第一個(gè)元素的指針傳遞給函數(shù)是完全·
    等價(jià)的。將數(shù)組作為參數(shù)傳遞給函數(shù)時(shí)可以采用值傳遞和地址傳遞兩種方式，前者需要完整地拷貝初始數(shù)組，但比較安全；后者的速度要快得多，但編寫(xiě)程序時(shí)要多加小心。C++和ANSIC中都有const關(guān)鍵字，利用它可以使地址傳遞方式和值傳遞方式一樣安全。如果你想了解更多的細(xì)節(jié)，請(qǐng)參見(jiàn)2．4，8．6和第7章“指針和內(nèi)存分配”開(kāi)頭部分的介紹。
    數(shù)組和指針之間的這種聯(lián)系會(huì)引起一些混亂，例如以下兩種定義是完全相同的：
    void f(chara[MAX])
    {
        /*．．．  */
    }
    void f(char *a)
    {    ·
        /*．．．  */
    }
    注意：MAX是一個(gè)編譯時(shí)可知的值，例如用#define預(yù)處理指令定義的值。
    這種情況正是前文中提到的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，也是大多數(shù)C程序員所熟知的。這也是唯一一種數(shù)組和指針完全相同的情況，在其它情況下，數(shù)組和指針并不完全相同。例如，當(dāng)作如下定義 (可以出現(xiàn)在函數(shù)說(shuō)明以外的任何地方)時(shí)：
    char    a[MAX];
  系統(tǒng)將分配MAX個(gè)字符的內(nèi)存空間。當(dāng)作如下說(shuō)明時(shí)：
    char   *a;
  系統(tǒng)將分配一個(gè)字符指針?biāo)璧膬?nèi)存空間，可能只能容納2個(gè)或4個(gè)字符。如果你在源文件中作如下定義：
    char    a[MAX]；
  但在頭文件作如下說(shuō)明；
    extern char   *a;
  就會(huì)導(dǎo)致可怕的后果。為了避免出現(xiàn)這種情況，最好的辦法是保證上述說(shuō)明和定義的一致性，例如，如果在源文件中作如下定義：
    char    a[MAX]；
  那么在相應(yīng)的頭文件中就作如下說(shuō)明，
    externchar    a[]；
  上述說(shuō)明告訴頭文件a是一個(gè)數(shù)組，不是一個(gè)指針，但它并不指示數(shù)組a中有多少個(gè)元素，這樣說(shuō)明的類(lèi)型稱(chēng)為不完整類(lèi)型。在程序中適當(dāng)?shù)卣f(shuō)明一些不完整類(lèi)型是很常見(jiàn)的，也是一種很好的編程習(xí)慣。

    9．1  數(shù)組的下標(biāo)總是從0開(kāi)始嗎?
   是的，對(duì)數(shù)組a[MAX](MAX是一個(gè)編譯時(shí)可知的值)來(lái)說(shuō)，它的第一個(gè)和最后一個(gè)元素分別是a[o]和aLMAX-1)。在其它一些語(yǔ)言中，情況可能有所不同，例如在BASIC語(yǔ)言中數(shù)組a[MAX]的元素是從a[1]到a[MAX]，在Pascal語(yǔ)言中則兩種方式都可行。
    注意：a[MAX]是一個(gè)有效的地址，但該地址中的值并不是數(shù)組a的一個(gè)元素(見(jiàn)9。2)。
    上述這種差別有時(shí)會(huì)引起混亂，因?yàn)楫?dāng)你說(shuō)“數(shù)組中的第一個(gè)元素”時(shí)，實(shí)際上是指“數(shù)組中下標(biāo)為。的元素”，這里的“第一個(gè)”的意思和“最后一個(gè)”相反。
    盡管你可以假造一個(gè)下標(biāo)從1開(kāi)始的數(shù)組，但在實(shí)際編程中不應(yīng)該這樣做。下文將介紹這種技巧，并說(shuō)明為什么不應(yīng)該這樣做的原因。
    因?yàn)橹羔樅蛿?shù)組幾乎是相同的，因此你可以定義一個(gè)指針，使它可以象一個(gè)數(shù)組一樣引用另一個(gè)數(shù)組中的所有元素，但引用時(shí)前者的下標(biāo)是從1開(kāi)始的：
    /*don't do this!!*/
    int a0[MAX]，
    int *a1=a0-1; /*&a0[-1)*/
    現(xiàn)在，a0[0]和a1[1)是相同的，而a0[MAX-1]和a1[MAX]是相同的。然而，在實(shí)際編程中不應(yīng)該這樣做，其原因有以下兩點(diǎn)：
    第一，這種方法可能行不通。這種行為是ANSI/ISOC標(biāo)準(zhǔn)所沒(méi)有定義的(并且是應(yīng)該避免的)，而&a0[-1)完全有可能不是一個(gè)有效的地址(見(jiàn)9．3)。對(duì)于某些編譯程序，你的程序可能根本不會(huì)出問(wèn)題；在有些情況下，對(duì)于任何編譯程序，你的程序可能都不會(huì)出問(wèn)題；但是，誰(shuí)能保證你的程序永遠(yuǎn)不會(huì)出問(wèn)題呢?    
    第二，這種方式背離了C語(yǔ)言的常規(guī)風(fēng)格。人們已經(jīng)習(xí)慣了C語(yǔ)言中數(shù)組下標(biāo)的工作方式，如果你的程序使用了另外一種方式，別人就很難讀懂你的程序，而經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后，連你自己都可能很難讀懂這個(gè)程序了。

    請(qǐng)參見(jiàn)：
    9．2 可以使用數(shù)組后面第一個(gè)元素的地址嗎?
    9．3 為什么要小心對(duì)待位于數(shù)組后面的那些元素的地址呢?

    9．2  可以使用數(shù)組后面第一個(gè)元素的地址嗎?
    你可以使用數(shù)組后面第一個(gè)元素的地址，但你不可以查看該地址中的值。對(duì)大多數(shù)編譯程序來(lái)說(shuō)，如果你寫(xiě)如下語(yǔ)句：
    int    i，a[MAX]，j;
  那么i和j都有可能存放在數(shù)組a最后一個(gè)元素后面的地址中。為了判斷跟在數(shù)組a后面的是i還是j，你可以把i或j的地址和數(shù)組a后面第一個(gè)元素的地址進(jìn)行比較，即判斷"&i==&a[MAX]"或"&j==&a[MAX]"是否為真。這種方法通常可行，但不能保證。
    問(wèn)題的關(guān)鍵是：如果你將某些數(shù)據(jù)存入a[MAX]中，往往就會(huì)破壞原來(lái)緊跟在數(shù)組a后面的數(shù)據(jù)。即使查看a[MAX]的值也是應(yīng)該避免的，盡管這樣做一般不會(huì)引出什么問(wèn)題。
    為什么在C程序中有時(shí)要用到&a[MAX]呢?因?yàn)楹芏郈程序員習(xí)慣通過(guò)指針遍歷一個(gè)數(shù)組中的所有元素，即用
    for(i＝0;i<MAX；++i)
    {    
        /*do something*/
    }
  代替
    for(p＝a; p<&a[MAX]；++p)
    {
        /*do something*/
    }
    這種方式在已有的C程序中是隨處可見(jiàn)的，因此ANSIC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定這種方式是可行的。

    請(qǐng)參見(jiàn)：
    9．3 為什么要小心對(duì)待位于數(shù)組后面的那些元素的地址呢?
    9．5 通過(guò)指針或帶下標(biāo)的數(shù)組名都可以訪問(wèn)數(shù)組中的元素，哪一種方式更好呢?

     9．3  為什么要小心對(duì)待位于數(shù)組后面的那些元素的地址呢?
     如果你的程序是在理想的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，即它的取址范圍是從00000000到FFFFFFFF，那么你大可以放心，但是，實(shí)際情況往往不會(huì)這么簡(jiǎn)單。
    在有些計(jì)算機(jī)上，地址是由兩部分組成的，第一部分是一個(gè)指向某一塊內(nèi)存的起始點(diǎn)的指，針(即基地址)，第二部分是相對(duì)于這塊內(nèi)存的起始點(diǎn)的地址偏移量。這種地址結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為段地址結(jié)構(gòu)，子程序調(diào)用通常就是通過(guò)在棧指針上加上一個(gè)地址偏移量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采用段地址結(jié)構(gòu)的最典型的例子是基于Intel 8086的計(jì)算機(jī)，所有的MS-DOS程序都在這種計(jì)算機(jī)上運(yùn)行(在基于Pentium芯片的計(jì)算機(jī)上，大多數(shù)MS-DOS程序也在與8086兼容的模式下運(yùn)行)。即使是性能優(yōu)越的具有線性地址空間的RISC芯片，也提供了寄存器變址尋址方式，即用一個(gè)寄存器保存指向某一塊內(nèi)存的起始點(diǎn)的指針，用另一個(gè)寄存器保存地址偏移量。
    如果你的程序使用段地址結(jié)構(gòu)，而在基地址處剛好存放著數(shù)組a0(即基地址指針和&a0[0]相同)，這會(huì)引出什么問(wèn)題呢?既然基地址無(wú)法(有效地)改變，而偏移量也不可能是負(fù)值，因此“位于a0[0]前面的元素”這種說(shuō)法就沒(méi)有意義了，ANSIC標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定引用這個(gè)元素的行為是沒(méi)有定義的，這也就是9．1中所提到的方法可能行不通的原因。
    同樣，如果數(shù)組a(其元素個(gè)數(shù)為MAX)剛好存放在某段內(nèi)存的尾部，那么地址&a[MAX]就是沒(méi)有意義的，如果你的程序中使用了&a[MAX]，而編譯程序又要檢查&a[MAX]是否有效，那么編譯程序必然就會(huì)報(bào)告沒(méi)有足夠的內(nèi)存來(lái)存放數(shù)組a。
    盡管在編寫(xiě)基于Windows，UNIX或Macintosh的程序時(shí)不會(huì)遇到上述問(wèn)題，但是C語(yǔ)言不僅僅是為這幾種情況設(shè)計(jì)的，C語(yǔ)言必須適應(yīng)各種各樣的環(huán)境，例如用微處理器控制的烤面包爐，防抱死剎車(chē)系統(tǒng)，MS-DOS，等等。嚴(yán)格按C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)的程序能被順利地編譯并能服務(wù)于任何目的，但是，有時(shí)程序員也可以適度地背離C語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)，這要視程序員、編譯程序和程序用戶三者的具體要求而定。
    請(qǐng)參見(jiàn)：
    9. 1數(shù)組的下標(biāo)總是從0開(kāi)始嗎?
    9．2可以使用數(shù)組后面第一個(gè)元素的地址嗎?

    9．4  在把數(shù)組作為參數(shù)傳遞給函數(shù)時(shí)，可以通過(guò)sizeof運(yùn)算符告訴函數(shù)數(shù)組的大小嗎?
    不可以。當(dāng)把數(shù)組作為函數(shù)的參數(shù)時(shí)，你無(wú)法在程序運(yùn)行時(shí)通過(guò)數(shù)組參數(shù)本身告訴函數(shù)該數(shù)組的大小，因?yàn)楹瘮?shù)的數(shù)組參數(shù)相當(dāng)于指向該數(shù)組第一個(gè)元素的指針。這意味著把數(shù)組傳遞給函數(shù)的效率非常高，也意味著程序員必須通過(guò)某種機(jī)制告訴函數(shù)數(shù)組參數(shù)的大小。
    為了告訴函數(shù)數(shù)組參數(shù)的大小，人們通常采用以下兩種方法：
    第一種方法是將數(shù)組和表示數(shù)組大小的值一起傳遞給函數(shù)，例如memcpy()函數(shù)就是這樣做的：
    char  source[MAX]，dest[MAX]；
    /*．．．  */
    memcpy(dest，source，MAX);
    第二種方法是引入某種規(guī)則來(lái)結(jié)束一個(gè)數(shù)組，例如在C語(yǔ)言中字符串總是以ASCII字符NUL('\0')結(jié)束，而一個(gè)指針數(shù)組總是以空指針結(jié)束。請(qǐng)看下述函數(shù)，它的參數(shù)是一個(gè)以空指
  針結(jié)束的字符指針數(shù)組，這個(gè)空指針告訴該函數(shù)什么時(shí)候停止工作：
    void printMany(char *strings口)    
    {
        int  i;
        i=0；    
        while(strings[i]!=NULL)
        {
            puts(strings[i]);
            ++i;
        }
    }
    正象9．5中所說(shuō)的那樣，C程序員經(jīng)常用指針來(lái)代替數(shù)組下標(biāo)，因此大多數(shù)C程序員通常會(huì)將上述函數(shù)編寫(xiě)得更隱蔽一些：
    void printMany(char *strings[])
    {
        while(*strings)
        {
            puts(*strings++)；
        }
    }
    盡管你不能改變一個(gè)數(shù)組名的值，但是strings是一個(gè)數(shù)組參數(shù)，相當(dāng)于一個(gè)指針，因此可以對(duì)它進(jìn)行自增運(yùn)算，并且可以在調(diào)用puts()函數(shù)時(shí)對(duì)strings進(jìn)行自增運(yùn)算。在上例中，while(*strings)
    就相當(dāng)于
    while(*strings !＝NULL)
    在寫(xiě)函數(shù)文檔(例如在函數(shù)前面加上注釋?zhuān)蛘邔?xiě)一份備忘錄，或者寫(xiě)一份設(shè)計(jì)文檔)時(shí)，寫(xiě)進(jìn)函數(shù)是如何知道數(shù)組參數(shù)的大小是非常重要的，例如，你可以非常簡(jiǎn)略地寫(xiě)上“以空指針結(jié)束”或“數(shù)組elephants中有numElephants個(gè)元素”(如果你在程序中用數(shù)字13表示數(shù)組的大小，你可以寫(xiě)進(jìn)“數(shù)組arr中有13個(gè)元素”這樣的描述，然而用確切的數(shù)字表示數(shù)組的大小不是一種好的編程習(xí)慣)。

    請(qǐng)參見(jiàn)：
    9．5通過(guò)指針或帶下標(biāo)的數(shù)組名都可以訪問(wèn)數(shù)組中的元素，哪一種方式更好呢?
    9．6可以把另外一個(gè)地址賦給一個(gè)數(shù)組名嗎?    

    9．5  通過(guò)指針或帶下標(biāo)的數(shù)組名都可以訪問(wèn)數(shù)組中的元素，哪一種方式更好呢?
    與使用下標(biāo)相比，使用指針能使C編譯程序更容易地產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的代碼。
    假設(shè)你的程序中有這樣一段代碼：

/* X la some type */ 
X      a[MAX];             
X      *p;    /*pointer*/ 
X      x;     /*element*/ 
int    i;     /*index*/

為了歷數(shù)組a中的所有元素，你可以采用這樣一種循環(huán)方式(方式a)
/*version (a)*/ 
for (i = 0; i<MAX;  ++i) 
{ 
      x=a[i]; 
      /* do something with x * / 
}
你也可以采用這樣一種循環(huán)方式(方式b)
/*veraion(b)*/