2024-2025-1 20241310 《计算机基础与程序设计》第12周学习总结

作业信息

教材学习内容总结

一、指针和一维数组的关系

（一）数组名作为指针常量

1. 本质

   • 在C语言中，一维数组名可以看作是一个指针常量，它指向数组的第一个元素。例如，对于数组int arr[5];，arr就相当于&arr[0]，这个地址是常量，不能被重新赋值。

2. 通过指针访问数组元素

   • 可以定义一个指针变量指向数组，然后通过指针来访问数组元素。例如：

   int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; 
   int *p = arr; 
   // 访问数组元素 
   printf("%d", *p); // 输出arr[0]，即1 
   p++; 
   printf("%d", *p); // 输出arr[1]，即2 
   

   • 这里p++操作会使指针指向下一个数组元素，因为p是指向int类型的指针，所以p++实际上是让p的地址值增加sizeof(int)字节。

3. 指针算术运算与数组下标等效

   • 对于数组arr和指针p（p = arr），arr[i]和*(p + i)是等效的。这是因为数组在内存中是连续存储的，p + i表示从数组首地址偏移i个元素的地址，再通过*解引用就可以得到该地址存储的值，这与通过数组下标访问元素的效果相同。

（二）函数参数中的数组与指针

1. 数组作为函数参数退化为指针
   • 当一维数组作为函数参数传递时，数组名会退化为指向数组首元素的指针。例如：

   void func(int arr[]) { 
       // 这里的arr实际上是一个指针 
   } 
   int main() { 
       int arr[5]; 
       func(arr); 
       return 0; 
   } 
   

   • 在函数func内部，无法通过sizeof获取数组的实际大小，因为arr已经是一个指针，sizeof(arr)得到的是指针的大小（在32位系统中为4字节，64位系统中为8字节），而不是数组的大小。

二、指针和二维数组的关系

（一）二维数组的存储结构

1. 按行存储
   • 二维数组在内存中是按行存储的，即先存储第一行的所有元素，再存储第二行的元素，以此类推。例如，对于二维数组int arr[2][3];，其存储顺序为arr[0][0]、arr[0][1]、arr[0][2]、arr[1][0]、arr[1][1]、arr[1][2]。
2. 数组名的含义
   • 二维数组名也是一个指针常量，它指向二维数组的第一个元素，不过这里的第一个元素是一个一维数组。例如，对于int arr[2][3];，arr的类型是int (*)[3]，它指向一个包含3个int元素的一维数组。

（二）通过指针访问二维数组

1. 使用数组指针
   • 可以定义一个数组指针来指向二维数组，例如：

   int arr[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}}; 
   int (*p)[3] = arr; 
   // 访问元素 
   printf("%d", (*p)[0]); // 输出arr[0][0]，即1 
   p++; 
   printf("%d", (*p)[0]); // 输出arr[1][0]，即4 
   

   • 这里(*p)[i]的形式用于访问二维数组中的元素，其中p是指向包含3个int元素的一维数组的指针，*p得到这个一维数组，再通过[i]访问其中的元素。
2. 与一维数组指针的关系
   • 可以将二维数组看作是由多个一维数组组成的数组。例如，int arr[2][3]可以看作是一个包含2个元素的数组，每个元素是一个包含3个int元素的一维数组。从这个角度理解，二维数组名是指向一维数组的指针，而通过适当的指针运算可以访问到二维数组中的每个元素。

三、指针数组及其应用

（一）定义和初始化

1. 定义
   • 指针数组是一个数组，其元素为指针类型。例如，int *arr[5];定义了一个包含5个元素的指针数组，每个元素都是指向int类型的指针。
2. 初始化
   • 可以在定义时初始化指针数组，例如：

   int num1 = 1, num2 = 2, num3 = 3; 
   int *arr[3] = {&num1, &num2, &num3}; 
   

   • 这里arr[0]指向num1，arr[1]指向num2，arr[2]指向num3。

（二）应用

1. 字符串数组
   • 指针数组常用于表示字符串数组。例如：

   char *strs[] = {"hello", "world", "C language"}; 
   for (int i = 0; i < 3; i++) { 
       printf("%s\n", strs[i]); 
   } 
   

   • 这里strs是一个指针数组，每个元素指向一个字符串常量。这种方式比使用二维字符数组来存储字符串更加节省内存，因为字符串常量在内存中只存储一份，而指针数组只是存储了这些字符串常量的地址。
2. 函数指针数组
   • 可以定义函数指针数组，用于根据不同的条件调用不同的函数。例如：

   int add(int a, int b) { 
       return a + b; 
   } 
   int sub(int a, int b) { 
       return a - b; 
   } 
   int (*func_arr[])(int, int) = {add, sub}; 
   int result = func_arr; // 调用add函数，result为3 
   

四、C程序的内存映像

（一）内存分区

1. 栈区（Stack）
   • 由编译器自动分配和释放，用于存储函数的局部变量、函数参数等。例如：

   void func() { 
       int num = 10; // num存储在栈区 
   } 
   

   • 栈区的内存分配是从高地址向低地址增长的，函数调用结束时，栈上的局部变量会自动销毁。
2. 堆区（Heap）
   • 由程序员手动分配和释放（使用malloc、calloc、realloc等函数分配，使用free函数释放），用于动态分配内存。例如：

   int *p = (int *)malloc(sizeof(int)); // 在堆区分配内存 
   *p = 10; 
   free(p); 
   

   • 堆区的内存分配是从低地址向高地址增长的。
3. 全局区（静态区，Static）
   • 用于存储全局变量和静态变量。全局变量在整个程序的生命周期内都存在，静态变量的生命周期也贯穿整个程序的执行过程。例如：

   int global_num = 10; // 全局变量，存储在全局区 
   void func() { 
       static int static_num = 20; // 静态局部变量，也存储在全局区 
   } 
   

4. 常量区
   • 用于存储常量数据，如字符串常量等。例如：

   char *str = "hello"; // "hello"存储在常量区，str是指向常量区的指针 
   

   • 常量区的数据是只读的，不能被修改。
5. 代码区
   • 用于存储程序的可执行代码。

（二）内存布局示例

1. 简单的C程序内存布局
   • 考虑以下程序：

   #include <stdio.h> 
   #include <stdlib.h> 
   
   int global_var = 10; 
   
   void func() { 
       int local_var = 20; 
       static int static_var = 30; 
       int *heap_var = (int *)malloc(sizeof(int)); 
       *heap_var = 40; 
   
       printf("global_var: %d\n", global_var); 
      
   
   
   
   

基于AI的学习

学习进度条

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」，到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要，也很有用。
耗时估计的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，训练次数多了，X、Y就接近了。

参考：软件工程软件的估计为什么这么难，软件工程 估计方法

• 计划学习时间:XX小时

• 实际学习时间:XX小时

• 改进情况：

(有空多看看现代软件工程 课件
软件工程师能力自我评价表)

参考资料

• 《计算机科学概论（第七版）》
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