【C语言】手把手带你拿捏指针(完)（指针笔试、面试题解析）

一、sizeof和strlen的对⽐

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，它并不在意内存中存放什么数据
   sizeof格式上有一个特点就是，如果计算的是变量的大小，可以省略小括号，当然还是建议都写上小括号，这样可以增加代码的可读性，现在我们使用sizeof举一下例：

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

运行结果：

2.strlen

   strlen 是C语⾔库函数，功能是求字符串⻓度。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
   我们来看一个例子，来看看它的运行结果应该是什么：

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

   首先我们来看前两个strlen，我们刚刚提到strlen会从当前地址慢慢往后找，直到找到\0，数组arr1和arr2的最大区别就是，arr1存放的就只是3个字符，并没有\0，所以strlen就会一直往后找，直到找到\0，我们也不知道什么时候能找到\0，所以会打印一个随机数
   而arr2数组存放的是一个字符串，虽然看不出来有没有\0，但是实际上在字符串末尾会默认添加一个\0，所以实际上arr2数组存放的就是abc\0，然后strlen就可以正常帮我们计算字符串中字符的个数3
   接下来我们来看看后面的两个sizeof，我们上面已经提到了数组arr1和数组arr2的区别，就是一个后面没有\0，一个有\0，所以在计算大小时，\0会被算上，所以sizeof(arr1)结果为3，sizeof(arr2)结果为4
   我们来看看运行结果，看看我们分析的是否正确：

3.sizeof与strlen对比

二、数组和指针笔试解析

1.一维数组

我们来看一组代码，然后一个一个解析它们：

int a[] = {1,2,3,4};
1.printf("%zd\n",sizeof(a));
2.printf("%zd\n",sizeof(a+0));
3.printf("%zd\n",sizeof(*a));
4.printf("%zd\n",sizeof(a+1));
5.printf("%zd\n",sizeof(a[1]));
6.printf("%zd\n",sizeof(&a));
7.printf("%zd\n",sizeof(*&a));
8.printf("%zd\n",sizeof(&a+1));
9.printf("%zd\n",sizeof(&a[0]));
10.printf("%zd\n",sizeof(&a[0]+1));

（1）我们之前讲过sizeof(数组名)，其中数组名代表整个数组，会计算整个数组的大小，也就是16个字节
（2）给首元素地址加上整数0，虽然还是首元素地址，但是并不能看作sizeof(数组名)，所以这里算的是首元素地址，是地址，大小就为4或8个字节，32位机器上就是4个字节，64位机器上就是8字节，这里解释一下，下面不再做解释了
（3）a是数组首元素地址，解引用就拿到了第一个元素，由于这是整型数组，每个元素都是整型，所以大小应该是4字节
（4）a是首元素地址，对它加一就是跳过一个元素，到下一个元素的地址，但是本质上还是地址，所以大小为4或8个字节
（5）a[1]是数组第二个元素，是整型，所以大小为4个字节
（6）这个题有一点坑，很容易做错，我们主要是要注意，&数组名是拿到整个数组的地址，它也是地址啊，所以大小是4或8字节
（7）对&数组名再解引用，相当于&和*相互抵消了，最后又变成了数组名，也就是sizeof(a)，所以这里的a代表整个数组的大小，为16个字节
（8）这里&a拿到整个数组，加一后就是跳过整个数组，我们主要是要明白一点：地址±整数，还是地址，所以这里&a+1是一个地址，大小为4或8个字节
（9）a[0]是首元素，&a[0]就是取出首元素地址，是一个地址，所以大小为4或8个字节
（10）&a[0]拿到首元素地址，加一后拿到第二个元素的地址，还是一个地址，所以大小为4或8个字节
我们来看看代码运行结果（64位机器）：

2.字符、字符串数组和字符指针

   通过上面的练习，我们基本可以找到一些做题的规律，这里我们做一下有关字符、字符串数组的练习，首先是字符数组练习：

代码1

char arr[] = { 'a','b','c','d','e','f' };
1.printf("%zd\n", sizeof(arr));
2.printf("%zd\n", sizeof(arr + 0));
3.printf("%zd\n", sizeof(*arr));
4.printf("%zd\n", sizeof(arr[1]));
5.printf("%zd\n", sizeof(&arr));
6.printf("%zd\n", sizeof(&arr + 1));
7.printf("%zd\n", sizeof(&arr[0] + 1));

（1）sizeof(数组名)，此时数组名代表整个数组，算出的是整个数组的大小，应该是6个字节
（2）数组名这里+0过后，虽然感觉上和数组名差不多，但是这里就只代表首元素地址，是一个地址，所以大小为4或8个字节
（3）arr是首元素地址，对它解引用，拿到的就是首元素，是一个字符型元素，所以大小为1个字节
（4）arr[1]是数组第二个元素，也是一个字符型元素，大小为1个字节
（5）&arr拿到整个数组的地址，但是也是地址，所以大小为4或8字节
（6）&arr+1就是跳过整个arr数组，但是得到的也是一个地址，所以大小为4或8字节
（7）&arr[0]是首元素地址，+1后得到的是第二个元素的地址，地址的大小为4或8字节
   我们来看看在64位机器上的运行结果：

代码2

char arr[] = {'a','b','c','d','e','f'};
1.printf("%zd\n", strlen(arr));
2.printf("%zd\n", strlen(arr+0));
3.printf("%zd\n", strlen(*arr));
4.printf("%zd\n", strlen(arr[1]));
5.printf("%zd\n", strlen(&arr));
6.printf("%zd\n", strlen(&arr+1));
7.printf("%zd\n", strlen(&arr[0]+1));

   这段代码与上面唯一区别就是把sizeof换成了strlen，我们之前也对它们做过对比，接下来我们开始分析：
（1）strlen的计算方式是去找字符串中的\0，没有遇到\0就会一直往后越界找，直到碰到了\0才会结束返回结果，而这里的arr数组是字符数组，并不是一个字符串，本身最后并没有\0，所以strlen会一直往后找，返回的也是一个随机值
（2）原理同（1），会返回一个随机值
（3）之前讲到strlen的时候我们讲过，strlen的参数应该是一个字符指针，但是这里*arr却是拿到了一个字符a，而不是一个地址，我们讲过字符在存储时是存储的是它的ascll码值，所以这里strlen会把a的ascll码值97当作一个地址，但是97这个编号的地址可能不属于该程序，所以会非法访问，也就是这个代码跑不通
（4）同（3）的原理，strlen会把字符b的ascll码值98当作地址，但是由于该地址可能不属于该程序，所以会非法访问，跑不通
（5）这里&arr得到的是一个类型为char ( * )[6]的数组指针，但是由于strlen接收的是字符指针，所以这里的数组指针会被强制类型转换成字符指针，由于&arr其实打印出来是首元素地址，只是±整数要跳过数组，所以这里强制类型转换后相当于还是首元素地址，此时就和（1）（2）一致，打印随机值
（6）&arr+1还是一个数组指针，会强制类型转换成字符指针，然后从那个位置一直往后数，碰到\0才结束，所以也是随机值
（7）这里相当于拿到第二个元素的地址，往后数还是因为没有\0，所以会打印随机值
   这个部分稍微有点难，涉及到了strlen的参数，以及strlen的应用，可以自己多做两遍，现在我们来看看运行结果（64位机器）：

代码3

从这里开始我们就开始练习字符串数组，如下：

char arr[] = "abcdef";
1.printf("%zd\n", sizeof(arr));
2.printf("%zd\n", sizeof(arr+0));
3.printf("%zd\n", sizeof(*arr));
4.printf("%zd\n", sizeof(arr[1]));
5.printf("%zd\n", sizeof(&arr));
6.printf("%zd\n", sizeof(&arr+1));
7.printf("%zd\n", sizeof(&arr[0]+1));

（1）由于字符串中默认会包含一个\0，所以我们在计算整个数组大小时，需要把它也算上，所以大小就是7个字节
（2）这里算的是数组arr首元素地址的大小，为4或8个字节
（3）这里算的是数组arr首元素的大小，为1个字节
（4）这里算的是数组arr第二个元素的大小，为1个字节
（5）这里&arr拿到整个数组的地址，是一个地址，大小为4或8个字节
（6）&arr+1就是跳过整个arr数组，但是得到的也是一个地址，大小也是4或8字节
（7）这里拿到的是第二个元素的地址，大小为4或8个字节
   我们来看看代码运行结果（64机器）：

代码4

char arr[] = "abcdef";
1.printf("%zd\n", strlen(arr));
2.printf("%zd\n", strlen(arr+0));
3.printf("%zd\n", strlen(*arr));
4.printf("%zd\n", strlen(arr[1]));
5.printf("%zd\n", strlen(&arr));
6.printf("%zd\n", strlen(&arr+1));
7.printf("%zd\n", strlen(&arr[0]+1));

（1）由于字符串后面会默认添加一个\0，所以strlen可以正常计算字符串中字符的个数，为6
（2）同（1），算出字符串中字符的个数，为6
（3）这里跟上面代码2中的（3）一样，会异常访问，跑不通
（4）同代码2中的（4）
（5）这里会把数组指针强制转换成字符指针，然后就变成首元素地址，在这里字符串中有\0，可以正常计算出6
（6）这里&arr+1会跳过整个arr数组，然后往后面数，这时候就没有\0了，会一直往后数，所以会算出一个随机值
（7）这里拿到第二个元素的地址，可以正常从第二个元素计算走，最后算出5
   我们来看看代码运行结果（64机器）：

代码5

从这里开始我们练习字符指针，如下：

char *p = "abcdef";
1.printf("%zd\n", sizeof(p));
2.printf("%zd\n", sizeof(p+1));
3.printf("%zd\n", sizeof(*p));
4.printf("%zd\n", sizeof(p[0]));
5.printf("%zd\n", sizeof(&p));
6.printf("%zd\n", sizeof(&p+1));
7.printf("%zd\n", sizeof(&p[0]+1));

（1）我们讲过如果把一个字符串常量赋给一个字符指针，实际上就是把字符串常量的第一个字符的地址传给这个字符指针，这个式子中p就是第一个字符的地址，大小为4或8个字节
（2）p+1后拿到第二个字符的地址，还是一个地址，大小为4或8个字节
（3）对p进行解引用后就拿到了字符a，它的大小就是1个字节
（4）p[0]这个表达也是拿到这个字符串的第一个字符，相当于它也可以当做数组使用，所以大小为1个字节
（5）p本身就是一个地址，再对它取地址就是二级指针，也是一个地址，大小为4或8个字节，下面是&p的图解：

（6）对一个二级指针+1后还是一个地址，所以大小为4或8个字节，下面是&p+1的图解：

（7）这里&p[0]相当于拿到了字符串第一个字符的地址，相当于就是p，+1后就是第二个字符的地址，所以大小为4或8个字节
   我们来看看代码运行结果（64机器）：

代码6

char *p = "abcdef";
1.printf("%zd\n", strlen(p));
2.printf("%zd\n", strlen(p+1));
3.printf("%zd\n", strlen(*p));
4.printf("%zd\n", strlen(p[0]));
5.printf("%zd\n", strlen(&p));
6.printf("%zd\n", strlen(&p+1));
7.printf("%zd\n", strlen(&p[0]+1));

（1）这里p是第一个字符的地址，然后字符串中默认有\0，所以strlen可以正常使用，算出字符个数6
（2）p+1变成第二个字符的地址，所以strlen从第二个字符往后面数，可以算出字符个数5
（3）同代码2的（3）
（4）同代码2的（4）
（5）这里拿到一个二级指针，指向一级字符指针p，会强制类型转换成一级字符指针，但是这里原本拿到的是p的地址，谁也不知道在哪里，后面什么时候碰到\0也是不确定的，所以最后strlen会一直往后面找，直到随机值出现\0，然后中止，所以会返回一个随机值
（6）这里对二级指针+1后会跳过一级指针p，后面会碰到什么也是随机的，多久碰到\0也是随机的，所以会返回一个随机值，如下图：

（7）这里&p[0]相当于拿到了字符串第一个字符的地址，相当于就是p，+1后就是第二个字符的地址，然后正常往后计算得到结果5
   我们来看看代码运行结果（64机器）：

3.二维数组

   相信做了上面的题对一维数组有了很清晰的认识，接下来我们来练习一段二维数组的题：

int a[3][4] = {0};
1.printf("%zd\n",sizeof(a));
2.printf("%zd\n",sizeof(a[0][0]));
3.printf("%zd\n",sizeof(a[0]));
4.printf("%zd\n",sizeof(a[0]+1));
5.printf("%zd\n",sizeof(*(a[0]+1)));
6.printf("%zd\n",sizeof(a+1));
7.printf("%zd\n",sizeof(*(a+1)));
8.printf("%zd\n",sizeof(&a[0]+1));
9.printf("%zd\n",sizeof(*(&a[0]+1)));
10.printf("%zd\n",sizeof(*a));
11.printf("%zd\n",sizeof(a[3]));

（1）二维数组也是一样，这里的数组名代表整个数组，计算的是整个数组的大小，大小应该是3 * 4 * 4，结果为48
（2）这里a[0][0]得到的是二维数组a的第一行第一列的元素，是一个整型，所以大小为4个字节
（3）这里a[0]相当于这个二维数组的第一行的数组名，计算的是整个第一行的大小，为16个字节
（4）这里a[0]相当于是第一行的数组名，也就是第一行第一个元素的地址，+1后变成第二个元素的地址，是一个地址，所以大小为4或8个字节
（5）a[0]+1相当于就是第一行第二个元素的地址，解引用后就拿到这个元素，是一个整型，大小为4个字节
（6）这里a作为二维数组的数组名，没有单独放在sizeof中，所以代表的是这个二维数组的第一个元素，也就是相当于整个二维数组第一行的地址，+1后变成第二行的地址，是一个地址，所以大小为4或8个字节
（7）这里相当于对二维数组的第二行解引用，拿到整个第二行，大小就是16个字节
（8）这里&a[0]相当于就是拿到整个第一行的地址，+1后跳过整个第一行，变成第二行的地址，是一个地址，所以大小为4或8个字节
（9）这里&a[0]+1相当于就是整个第二行的地址，也就是&a[1]，解引用后变成了a[1]，相当于拿到第二行的数组名，计算整个第二行的大小，大小为16个字节
（10）这里a相当于就是二维数组的第一行，解引用后拿到第一行，所以算出来是16个字节
（11）这里a[3]越界访问了，相当于二维数组的第4行，这个二维数组本身没有第四行，但是程序还是会帮我们越界去访问，拿到与前三行相同结构的一行，所以最后还是会计算出来一行的大小，为16字节
   我们来看看代码运行结果（64机器）：

4.总结

数组名的意义：

1. 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
2. &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
3. 除此之外所有的数组名都表示首元素的地址

三、指针运算笔试题解析

代码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;
}
//程序的结果是什么？

   我们主要来看看整型指针ptr是什么，首先&a是取出整个数组的地址，+1后跳过了整个a数组，然后将这个地址强制类型转换成了int*，我们要知道强制类型转换前后的区别，强制类型转换后±整数跳过的单位是整型，而之前是以整个数组为单位跳过
   接着来看*(a+1)，a在这里是首元素地址，+1后变成第二个元素的地址，解引用后就拿到第二个元素，也就是2
   最后就是 * (ptr-1)，我们知道ptr指向的是a数组的下一个数组的首元素地址，那么现在ptr是整型指针，-1后不就成了a数组的最后一个元素的地址，解引用就拿到最后一个元素，也就是5，如图：

最后来看看运行结果：

代码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？
#include <stdio.h>struct Test
{int Num;char* pcName;short sDate;char cha[2];short sBa[4];
}*p = (struct Test*)0x100000;int main()
{printf("%p\n", p + 1);printf("%p\n", (unsigned long)p + 1);printf("%p\n", (unsigned int*)p + 1);return 0;
}

   首先我们来看p+1，可以看到p是一个结构体指针，并且被赋值为0x100000，所以+1后会跳过整个结构体，而整个结构体的大小是20个字节，所以不难猜到p+1的结果为100020
   随后我们来看(unsigned long)p + 1，这个就比较难了，由于这里p被强制类型转换成了无符号长整型，所以此时的p变成了一个数字，+1就是+1，变成了数字的加减法，所以最后打印结果应该是100001
   我们来看最后一个表达式(unsigned int*)p + 1，这里就比较简单了，相当于还是被转换成了整型指针，+1后就跳过4个字节，打印结果为100004
   最后来看看运行结果：

代码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;
}

   这里我们主要要看出来(0,1)这种表达式是什么含义，是不是给它第一行的两个元素初始化为0和1呢？很明显不是，因为如果是这样应该使用大括号{}，而不是小括号()
   那它是什么呢？它只是一个被小括号括起来的逗号表达式，第一个逗号表达式结果为1，第二个为3，第三个为5，所以这个二维数组最后应该长这个样子：

   然后这里说把a[0]，也就是二维数组第一行的数组名赋值给p，现在p就相当于二维数组第一行的数组名，所以p[0]就是第一行第一个元素，也就是1
我们来看看代码运行结果：

代码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;
}

   这里的p是一个元素个数为4的整型数组指针，而这里a是首元素的地址，也就是代表了二维数组第一行的地址，类型为int (*)[5]，这里把a赋给p就会发生类型转换
   相当于就是p接收了a存放的地址，但是它变得一次只能跳过4个元素了，这个题我们最好画图解决，我们先分别找到a[4][2]和p[4][2]，如图：

   其中蓝色四个方块代表p，红色5个方块代表a，我们可以看到&p[4][2]和&a[4][2]相隔了4个元素，而&p[4][2]比&a[4][2]小，所以减出来是-4
   当它以%p打印时会转换成补码，并且以16进制形式打印，而%d形式则会直接打印-4，这里就不再演示-4转换为补码等等步骤，有兴趣可以自行操作
最后我们来看看代码执行结果：

代码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;
}

   这个题和我们的代码1有点类似，只是这里变成二维数组了
   首先我们来看ptr1，&aa是拿到整个二维数组的地址，+1后跳过整个二维数组，然后再将其转换为整型指针，如图：

   然后我们来看ptr2，这里aa相当于第一行的地址，+1后拿到第二行的地址，相当于就是&aa[1]，所以解引用后相当于拿到了第二行的数组名aa[1]，此时它就代表第二行的首元素地址，所以ptr2在如图位置：

   所以ptr1-1和ptr2-1的位置如图：

   所以它们分别代表的值为10和5，我们来看看运行结果：

代码6

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

   我们首先来看a数组，这里a数组是一个字符数组指针，存放的分别是三个常量字符串的首字符地址
   然后再来看pa，这里的a代表首元素的地址，也就是字符串第一个字符w的地址，把w的地址存放进了二级指针pa中，如图：

   然后*pa就相当于at的第一个字符a的地址，然后以%s的形式打印，就会打印出来字符串at，运行结果如下：