【实验5】数组和指针

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实验任务一

实验源代码：

#include <stdio.h> 

const int N=3;
int main() {
    int a[N] = {1, 2, 3};  
    int i;
    
    printf("通过数组名及下标直接访问数组元素:
");
    for(i=0; i<N; i++)
        printf("%d: %d
", &a[i], a[i]);
        
    printf("通过地址间接访问数组元素:
");
    for(i=0; i<N; i++)
        printf("%d: %d
", a+i, *(a+i));

    return 0;
} 

运行结果：

有关问题：

1. 数组元素在内存中是否是连续存放的？

　　答：是的，并且在整型数组中间隔四个字节。

2. 对于数组元素及其地址的访问，以下访问方式是否是等价的？

   a+i和&a[i]都表示数组元素a[i]的地址

　 *(a+i)和a[i]都表示数组元素a[i]

　　答：是的。

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实验任务二：

程序源代码：

#include <stdio.h>
const int LINE = 2;
const int COL = 3;

int main() {
    int a[LINE][COL] = {1,2,3,4,5,6};  
    int i,j;
    
    printf("通过数组名及下标直接访问数组元素:
");
    for(i=0; i<LINE; i++)
        for(j=0; j<COL; j++)
            printf("%d: %d
", &a[i][j], a[i][j]);
        
    printf("通过地址间接访问数组元素:
");
    for(i=0; i<LINE; i++)
        for(j=0; j<COL; j++)
            printf("%d: %d
", a[i]+j, *(a[i]+j));
    
    printf("二维地址中a+i表示的地址:
");
    for(i=0; i<LINE; i++) 
        printf("a + %d: %d
", i, a+i);
    
    return 0;
} 

运行结果：

回答问题：

1. c语言中，二维数组在内存中是否是按行存放的？

　　答：是的，并且行的顺序优先于列。

2. 对于二维数组元素及其地址的访问，以下方式是否是等价的？

　　a[i]+j和&a[i][j]都表示二维数组元素a[i][j]的地址

　　*(a[i]+j)和a[i][j]都表示二维数组元素a[i][j]

　　答：是的。

3. 对于二维数组a[2][3]，以下方式是否是等价的？

　　a和&a[0]都表示二维数组第0行的地址

　　a+1和&a[1]都表示二维数组第1行的地址

　　答：是的。

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实验任务三：

程序源代码：

// 使用指针变量间接访问一维数组 
#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 

const int N=3;

int main() {
    int a[N];
    int *p,i;
    
    // 通过指针变量p，完成数组元素输入
    for(p=a; p<a+N; p++)
        scanf("%d", p);
    
    // 过指针变量p，完成数组元素输出
    for(p=a; p<a+N; p++)
        printf("%d ", *p);
    printf("
");
    
    p = a;
    //通过指针变量p，完成数组元素输入
    for(i=0; i<N; i++)
        scanf("%d", p+i); 
        
    // 通过指针变量p,完成数组元素输出
    for(i=0; i<N; i++)
        printf("%d ", *(p+i));
    printf("
"); 

    return 0;
}  

运行结果：

回答问题：

1. 程序中，指针变量p在使用时是否指向确定的地址？

　　答：是的。在使用时都指向了数组a中的元素的地址。

2. 程序源码中，line12-line13执行完后，指针变量p指向哪里？line16-line17执行完后，指针变量p 指向哪里？

　　答：a[3]; a[3]。

3. 程序源码中，line22-line27执行完后，指针变量p指向哪里？line26-line27执行完后，指针变量p 指向哪里？

　　答：a[3]; a[3]。

4. 对比line16-line17和line26-line27，体会它们通过指针变量间接访问一维数组时的差异和灵活性。

　　答：一个是直接改变指针变量p的指向（l16-l17），另一个是不改变指针变量p的指向的情况下，在输出时改变要输出变量的地址（l26-l27）。

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实验任务四：

程序源代码：

// 使用指针变量间接访问二维数组 
#include <stdio.h> 

int main() {
    int a[2][3] = {1,2,3,4,5,6};
    int i,j;
    int *p;  // p是指针变量，存放int型数据的地址 
    int (*q)[3]; // q是指针变量，存放包含有3个元素的一维数组的地址
    
    // 通过指针变量p间接访问，输出二维数组a的元素值
    for(p=a[0]; p<a[0]+6; p++)
        printf("%d ", *p);
    printf("
");
    
    // 通过行指针变量q间接访问，输出二维数组a的元素值 
    for(q=a; q<a+2; q++)
        for(j=0; j<3; j++)
            printf("%d ", *(*q+j));
    printf("
");
    

    return 0;
}  

运行结果：

回答问题：

1. 程序源码中，line11改成如下形式是否可以？

11  for(p=&a[0][0]; p<&a[0][0] + 6; p++)

　　答：可以，都是访问了二维数组a0行中列元素的地址。

2. 程序源码中，line18中，*q+j和*(*q+j)分别表示什么？

　　答：*q+j代表指针q指向的整型数组变量a[0]的地址后整型变量j的值个单元的地址。

　　　　*（*q+j）代表上述地址所存放的整型变量。

3. 结合line11-line12和line16-line18，理解和体会二维数组中，指向数组元素的指针变量p和指向一维数组的指针变量q的不同。

　　答：指针p所指向的变量是二维整型数组a中的列元素，并逐个输出。

　　　　指针q所指向的变量是二维整型数组a中的行元素，再在输出时将指针指向的行元素中的列元素逐个输出。

4. 基于对这个实验的理解，回答以下问题。

int a[2][3];
int (*q)[3];
int *p;

p = a[0];
q = a;

则，以下能够正确表示数组元素a[1][2]地址的有？

A. &a[1][2]

B. a[0] + 5

C. p + 5

D. *q + 5

E. *(q+1) + 2

F. &a[0][0] + 1*3 + 2

G. a[0] + 1*3 + 2　　

　　答：A||B||C||D||E||F||G

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实验任务五：

Q1：

补足后的程序源代码：

// 练习：使用二分查找，在一组有序元素中查找数据项
//  形参是数组，实参是数组名 
#include  <stdio.h>

const int N=5;

int binarySearch(int x[], int n, int item); // 函数声明 

int main() {
    int a[N]={2,7,19,45,66};
    int i,index, key;
    
    printf("数组a中的数据:
");
    for(i=0;i<N;i++)
       printf("%d ",a[i]);
    printf("
");
    
    printf("输入待查找的数据项: ");
    scanf("%d", &key);
    
    // 调用函数binarySearch()在数组a中查找指定数据项key,并返回查找结果给index
    index=binarySearch(a,N,key);// 补足代码① 
    // ×××
    
    if(index>=0) 
        printf("%d在数组中，下标为%d
", key, index);
    else
        printf("%d不在数组中
", key); 
   
   return 0;
}

//函数功能描述：
//使用二分查找算法在数组x中查找特定值item，数组x大小为n 
// 如果找到，返回其下标 
// 如果没找到，返回-1 
int binarySearch(int x[], int n, int item) {
    int low, high, mid;
    
    low = 0;
    high = n-1;
    
    while(low <= high) {
        mid = (low+high)/2;
        
        if (x[mid]==item/*补足代码②*/)
            return mid;
        else if(x[mid]>item/*补足代码③*/)
            high = mid - 1;
        else
            low = mid + 1;
    }
    
    return -1;
}

运行结果：

Q2：

补足后的程序源代码：

// 练习：使用二分查找，在一组有序元素中查找数据项
//  形参是指针变量，实参是数组名 
#include  <stdio.h>

const int N=5;

int binarySearch(int *x, int n, int item); // 函数声明 

int main() {
    int a[N]={2,7,19,45,66};
    int i,index, key;
    
    printf("数组a中的数据:
");
    for(i=0;i<N;i++)
       printf("%d ",a[i]);
    printf("
");
    
    printf("输入待查找的数据项: ");
    scanf("%d", &key);
    
    // 调用函数binarySearch()在数组a中查找指定数据项key,并返回查找结果给index
    index=binarySearch(a,N,key); // 补足代码① 
    // ×××
    
    if(index>=0) 
        printf("%d在数组中，下标为%d
", key, index);
    else
        printf("%d不在数组中
", key); 
   
   return 0;
}

//函数功能描述：
//使用二分查找算法在从x中查找特定值item，数组x大小为n 
// 如果找到，返回其下标 
// 如果没找到，返回-1 
int binarySearch(int *x, int n, int item) {
    int low, high, mid;
    
    low = 0;
    high = n-1;
    
    while(low <= high) {
        mid = (low+high)/2;
        
        if ( item == *(x+mid) )
            /*补足代码②*/
            return mid; 
        else if(item < *(x+mid))
            /*补足代码③*/
            high = mid-1; 
        else
            /*补足代码③*/
            low = mid+1; 
    }
    
    return -1;
}

运行结果：

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实验任务六：

补充后的程序源代码：

// 练习：使用选择法对字符串按字典序排序
#include <stdio.h>
#include<string.h>
const int N = 5;

void selectSort(char str[][20], int n ); // 函数声明，形参str是二维数组名 
int main() {
    char name[][20] = {"Bob", "Bill", "Joseph", "Taylor", "George"};
    int i;
    
    printf("输出初始名单:
");
    for(i=0; i<N; i++)
        printf("%s
", name[i]);
        
    selectSort(name, N);  // 调用选择法对name数组中的字符串排序
    
    printf("按字典序输出名单:
");
    for(i=0; i<N; i++)
        printf("%s
", name[i]);
    
    return 0;
} 

// 函数定义
// 函数功能描述：使用选择法对二维数组str中的n个字符串按字典序排序 
void selectSort(char str[][20], int n) {
    int i,j,t,k;
    char temp[20];
    for(i=0; i<n; i++){
        k = i;
        for(j=i+1; j<n; j++){ 
            for(t=0; t<20; t++){
                if(str[j][t]==str[k][t])
                    continue;
                if(str[j][t]<str[k][t])
                    k = j;
                else
                    break;
            }
        }
        if(str[k] != str[i]){
            strcpy(temp,str[i]);
            strcpy(str[i],str[k]);
            strcpy(str[k],temp);
        }
    }
    // 补足代码
    // ××× 
}

运行结果：

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实验总结：

1.第一次充分地实践了新学的指针，它成为了我的新助手，我必须要惯用它。

  但我最重要的发现是在实验里没有体现的：指针可以把实参形参建立起联系。例如在互换两个整型变量的值的void函数中，形参为int是无法直接交换二者并且返回的。这就需要指针，或者叫地址。

  我习惯把指针认为是地址，所以我这么说。在调用时不是以整型变量为实参，而是以其地址为实参，再通过函数交换二者的地址，就做到了交换。原来完全无法解决的函数问题通过指针的方法，我解决了。

2.目前初学指针，虽没有体会但我明白其有着强大的功能。是有待我日后去发现的。

  曾有言指针是初学者的地狱，是黑客的天堂。它可以访问内存中不能直接访问的内容，而又是相当危险的（这也应证了C语言相比其他语言而言是一门危险的编程语言）。

3.不懂的地方需要立刻实践，生硬的地方就得多打。这是初学程序员的准则，私以为。

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Thanks for reading.