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从零开始的C语言数组,为何?

从零开始的C语言数组,为何?

在学习C语言的时候,大家总是会产生一个疑惑——C的数组下标,为何从零开始?让我们简单探索一下。

人畜无害的数组

在一个阳光明媚的日子,你快快乐乐的创建了一个数组,打算一探数组的秘密,此刻你有:

#include<stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    int a[3] = {1, 2, 3};
    return 0;
}

这是一个简简单单的整形数组,它包含3个数字,C语言非常容易的在内存中创建了这个数组:

     -------------------
内存 |  1  |  2  |  3  |
     -------------------
地址 | 101 | 102 | 103 |
     -------------------

此时,我们便可以使用a[下标]的形式来访问和修改数组中的元素了。但,为什么下标从0开始呢?

一切从指针出发

对于我们的数组a,除了用a[下标]形式访问,我们还可以用指针形式访问。于是,你有:

#include<stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    int a[3] = {1, 2, 3};
    int *p = a;
    return 0;
}

C语言也老实的对内存进行了操作,现在你有:

     -------------------
内存 |  1  |  2  |  3  |
     -------------------
地址 | 101 | 102 | 103 |
     -------------------
       p↑

此时你敏锐的发现,指针p指向的不就正好是第一个元素吗?所以,你使用*p访问了a[0]才能访问的第一个元素。这之间似乎有一些隐约的联系。

此时,你思考到,如果要访问第二个元素该怎么办呢?答案是把指针p向后移动一位,也就是p+1,于是,你有:

     -------------------
内存 |  1  |  2  |  3  |
     -------------------
地址 | 101 | 102 | 103 |
     -------------------
            p+1↑

所以,访问第二位变成了*(p+1),而对应的,你用a[1]也能访问同样的元素。两者惊人的相似,你也推导出*(p+i) = a[i]这个关系。

罪魁祸首

此时,你回头查看程序,发现你在使用指针时,并没有使用取地址符&,但p却能正确的指向数组a所在的地址。原来,数组名也是指针,它指向了数组第一个元素。

既然指向了第一个元素,那么*(a+0)访问第一个元素就变得理所当然了,但这和a[0]有什么关系?

关系在于,a[0]*(a+0)的简写形式。它们是等价的式子。

因此,数组下标从零开始的原因便找到了。数组下标并不是代表这是数组中的第几个元素,而是代表指针要移动几次才能访问到这个元素。那么自然地,指针只需要移动0次就能访问第一个元素。这也就是为什么访问第一个元素要使用a[0]的原因。

奇怪的用法

既然a[i]等价于*(a+i),我们又知道*(i+a)*(a+i)是等价,交换加法两边的顺序显然是不影响结果。因此,我们按照简写的方式,可以推导出一个写法:i[a]。下标放在方括号的外面了,这样也是可行的吗?

是的,i[a]a[i]是一样的,并不会引起编译错误,也能正确的访问元素。

综上,你得到了一个怪怪的程序:

#include<stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    int a[3] = {1, 2, 3};
    printf("%d\n", a[0]);
    printf("%d\n", 0[a]);
    printf("%d\n", *a);
    printf("%d\n", *(a+0));
    return 0;
}
本文作者:CZM
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