16、指针（二）：指针与数组的关系、通过指针访问数组元素、指针的算术运算

好，咱们接着聊指针。上一章我把指针的基本概念和用法讲清楚了，这一章咱们要深入一个非常关键的话题——指针和数组到底是什么关系。

说实话，我当年学C语言的时候，最困惑的就是这个。数组不就是一堆连续的内存单元吗？指针不就是个地址吗？它们俩怎么就扯上关系了？后来在项目中踩了几次坑，才真正明白——数组名本质上就是个指针常量。嗯，这句话你记住了，后面就好办了。

数组名：它到底是不是指针？

先看一段最简单的代码：

int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
int *p = arr;   // 数组名直接赋值给指针

你看，arr 可以直接赋值给 p。这说明什么？数组名就是数组首元素的地址。说白了，arr 等价于 &arr[0]。

但这里有个坑——数组名不是变量，你不能给它赋值。比如：

int arr[5];
arr = NULL;   // 编译错误！
arr++;        // 编译错误！

为什么会这样？因为数组名是一个指针常量，它的值在编译时就固定了。你想想看，如果数组名可以被修改，那编译器怎么知道数组的起始地址？所以，数组名是常量，指针变量是变量，这是本质区别。

通过指针访问数组元素

既然指针可以指向数组首元素，那怎么通过指针访问数组里的每个元素呢？

最直接的方式——下标法：

int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
int *p = arr;

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d ", p[i]);   // 用指针当数组用
}

你看，p[i] 和 arr[i] 完全等价。编译器会把 p[i] 翻译成 *(p + i)。所以，下标操作本质上就是指针运算的语法糖。

另一种方式——指针偏移法：

int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
int *p = arr;

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d ", *(p + i));   // 等价于 p[i]
}

我个人习惯用下标法，因为可读性更好。但在某些场景下，指针偏移法更灵活。比如你要遍历一个数组，但又不想改变指针本身的值：

int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
int *p = arr;

while (p < arr + 5) {
    printf("%d ", *p);
    p++;   // 指针移动，p 的值变了
}

这里 p 在循环中不断自增，每次指向下一个元素。注意循环条件 p < arr + 5，arr + 5 是数组末尾的下一个位置，我们称之为越界指针，它不指向任何有效元素，但可以用来做边界判断。

int *tmp = arr;
while (tmp < arr + 5) {
    printf("%d ", *tmp++);
}

指针的算术运算

指针的加减运算，说白了就是移动指针指向的位置。但这里有个关键点——指针加减的是元素的大小，不是字节数。

举个例子：

int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
int *p = arr;

printf("p = %p\n", p);       // 假设是 0x1000
printf("p + 1 = %p\n", p + 1); // 0x1004，不是 0x1001
printf("p + 2 = %p\n", p + 2); // 0x1008

你看，p + 1 跳过了 4 个字节（因为 int 占 4 字节）。指针加 1，地址增加的是 sizeof(类型) 个字节。这个规则适用于所有指针类型。

指针支持的算术运算包括：

• 指针 + 整数：指向后面的第 n 个元素
• 指针 - 整数：指向前面的第 n 个元素
• 指针 - 指针：得到两个指针之间的元素个数（必须指向同一数组）
• 自增/自减：++p、p++、--p、p--

我记得有一次在项目中，我需要计算两个指针之间有多少个元素，直接用了减法：

int arr[10];
int *start = &arr[2];
int *end = &arr[7];
int count = end - start;   // 结果是 5

这个特性非常实用，尤其是在处理缓冲区或字符串时。

指针与多维数组

二维数组的指针访问稍微复杂一点。先看定义：

int matrix[3][4] = {
    {1, 2, 3, 4},
    {5, 6, 7, 8},
    {9, 10, 11, 12}
};

matrix 的类型是 int (*)[4]，也就是指向一个包含 4 个 int 的数组的指针。所以：

• matrix 指向第 0 行
• matrix + 1 指向第 1 行
• *(matrix + 1) 是第 1 行的首地址，等价于 matrix[1]
• *(matrix + 1) + 2 是第 1 行第 2 列的地址
• *(*(matrix + 1) + 2) 是第 1 行第 2 列的值，即 7

说白了，二维数组的指针访问就是两层解引用。第一层拿到行地址，第二层拿到元素值。

用代码验证一下：

int matrix[3][4] = {
    {1, 2, 3, 4},
    {5, 6, 7, 8},
    {9, 10, 11, 12}
};

int (*p)[4] = matrix;   // 指向二维数组的指针

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    for (int j = 0; j < 4; j++) {
        printf("%d ", *(*(p + i) + j));
    }
    printf("\n");
}

输出结果就是整个矩阵。你看，用指针访问多维数组，代码虽然看起来复杂，但效率很高，而且能让你更深刻地理解内存布局。

知识体系图

下面这张图帮你理清指针与数组的核心关系：

避坑指南

最后，分享几个我踩过的坑：

• 不要对数组名做自增操作：arr++ 是编译错误，因为数组名是常量。如果你需要遍历，用指针变量。
• 指针越界不会报错：C语言不会检查指针是否越界。我曾经在项目中写了个 p += 100，结果把别的变量给改了，查了两天才找到原因。
• 指针减法结果是有符号的：两个指针相减得到 ptrdiff_t 类型，是有符号整数。如果指针顺序反了，结果是负数。
• void* 指针不能做算术运算：因为编译器不知道它指向什么类型，不知道步长是多少。需要先转换成具体类型的指针。

好了，这一章的内容就到这里。指针与数组的关系，说白了就是数组名是常量指针，指针变量可以模拟数组访问。理解了这一点，后面的字符串操作、动态内存分配都会轻松很多。