Указатели и массивы

Связь между указателями и массивами

Имя массива в языке Си является указателем на его первый элемент. Это фундаментальная связь между двумя концепциями.

int numbers[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
int *ptr = numbers;  // Эквивалентно: int *ptr = &numbers[0];

Эквивалентность записей

Доступ к элементам

Одинаковые способы доступа

#include <stdio.h>

int main() {
    int data[4] = {100, 200, 300, 400};
    int *ptr = data;

    printf("=== ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СПОСОБЫ ДОСТУПА ===\n");

    // Все эти записи дают одинаковый результат:
    printf("data[0] = %d\n", data[0]);      // Обычная индексация
    printf("*(data + 0) = %d\n", *(data + 0)); // Указатель + смещение
    printf("ptr[0] = %d\n", ptr[0]);        // Индексация указателя
    printf("*ptr = %d\n", *ptr);            // Разыменование указателя

    printf("\nВторой элемент:\n");
    printf("data[1] = %d\n", data[1]);
    printf("*(ptr + 1) = %d\n", *(ptr + 1));
    printf("ptr[1] = %d\n", ptr[1]);

    return 0;
}

Адреса элементов

int array[3] = {10, 20, 30};

printf("Адреса элементов массива:\n");
printf("&array[0] = %p\n", &array[0]);
printf("array = %p\n", array);
printf("array + 0 = %p\n", array + 0);

printf("&array[1] = %p\n", &array[1]);
printf("array + 1 = %p\n", array + 1);

printf("&array[2] = %p\n", &array[2]);
printf("array + 2 = %p\n", array + 2);

Обход массива указателем

Последовательный доступ

#include <stdio.h>

int main() {
    int temperatures[7] = {18, 22, 25, 19, 16, 28, 24};
    int *current = temperatures;

    printf("Температуры за неделю:\n");

    for (int day = 0; day < 7; day++) {
        printf("День %d: %d°C\n", day + 1, *current);
        current++;  // Переходим к следующему элементу
    }

    return 0;
}

Обход с арифметикой указателей

Через арифметику

#include <stdio.h>

int main() {
    int scores[5] = {85, 92, 78, 95, 88};
    int *ptr = scores;

    printf("Оценки студентов:\n");

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("Студент %d: %d баллов\n", i + 1, *(ptr + i));
    }

    return 0;
}

Через инкремент

float prices[4] = {19.99, 34.50, 12.75, 45.20};
float *pricePtr = prices;

printf("Цены товаров:\n");

for (int i = 0; i < 4; i++) {
    printf("Товар %d: %.2f руб.\n", i + 1, *pricePtr);
    pricePtr++;
}

Передача массивов в функции

Массив как параметр

#include <stdio.h>

void printArray(int *arr, int size) {
    printf("Элементы массива: ");
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", *(arr + i));
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    int numbers[6] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};

    printArray(numbers, 6);  // Передаем массив как указатель

    return 0;
}

Модификация массива через указатель

#include <stdio.h>

void doubleValues(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        *(arr + i) *= 2;  // Удваиваем каждый элемент
    }
}

int main() {
    int values[4] = {5, 10, 15, 20};

    printf("До изменения: ");
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        printf("%d ", values[i]);
    }
    printf("\n");

    doubleValues(values, 4);  // Изменяем массив

    printf("После изменения: ");
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        printf("%d ", values[i]);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

Границы массива и указатели

Безопасная работа с границами

#include <stdio.h>

int main() {
    int data[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int *start = data;
    int *end = data + 5;  // Указывает ЗА последний элемент
    int *current = start;

    printf("Безопасный обход:\n");

    while (current < end) {
        int index = current - start;
        printf("Индекс %d: значение %d\n", index, *current);
        current++;
    }

    printf("Обход завершен безопасно\n");

    return 0;
}

Многомерные массивы и указатели

Двумерные массивы

Основы 2D массивов

#include <stdio.h>

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

    int *ptr = &matrix[0][0];  // Указатель на первый элемент

    printf("Обход 2D массива через указатель:\n");

    for (int i = 0; i < 12; i++) {  // 3 × 4 = 12 элементов
        printf("%2d ", *(ptr + i));

        if ((i + 1) % 4 == 0) {  // Переход на новую строку каждые 4 элемента
            printf("\n");
        }
    }

    return 0;
}

Доступ по строкам

int table[2][3] = {
    {10, 20, 30},
    {40, 50, 60}
};

// Указатель на строку
int *firstRow = table[0];   // Указывает на первую строку
int *secondRow = table[1];  // Указывает на вторую строку

printf("Первая строка: ");
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("%d ", *(firstRow + i));
}
printf("\n");

printf("Вторая строка: ");
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("%d ", *(secondRow + i));
}
printf("\n");

Динамическое перемещение по массиву

Поиск с указателями

#include <stdio.h>

int main() {
    int studentIds[8] = {1001, 1005, 1012, 1008, 1003, 1015, 1020, 1007};
    int size = 8;
    int searchId = 1008;

    int *start = studentIds;
    int *end = studentIds + size;
    int *found = NULL;

    printf("Поиск студента ID: %d\n", searchId);

    for (int *current = start; current < end; current++) {
        printf("Проверяем: %d\n", *current);

        if (*current == searchId) {
            found = current;
            break;
        }
    }

    if (found != NULL) {
        int position = found - start;
        printf("✅ Студент найден на позиции %d\n", position);
    } else {
        printf("❌ Студент не найден\n");
    }

    return 0;
}

Сортировка через указатели

#include <stdio.h>

void bubbleSort(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < size - 1 - i; j++) {
            // Сравниваем соседние элементы
            if (*(arr + j) > *(arr + j + 1)) {
                // Меняем местами через указатели
                int temp = *(arr + j);
                *(arr + j) = *(arr + j + 1);
                *(arr + j + 1) = temp;
            }
        }
    }
}

int main() {
    int numbers[6] = {64, 34, 25, 12, 22, 11};
    int size = 6;

    printf("До сортировки: ");
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", numbers[i]);
    }
    printf("\n");

    bubbleSort(numbers, size);

    printf("После сортировки: ");
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", numbers[i]);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

Важные особенности

Размер массива и указателя

#include <stdio.h>

int main() {
    int array[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
    int *ptr = array;

    printf("Размер массива: %zu байт\n", sizeof(array));      // 40 байт (10 × 4)
    printf("Размер указателя: %zu байт\n", sizeof(ptr));      // 8 байт (на 64-бит системе)

    printf("Количество элементов в массиве: %zu\n", sizeof(array) / sizeof(array[0]));

    // ❌ Через указатель размер массива получить нельзя!
    // printf("Элементов через ptr: %zu\n", sizeof(ptr) / sizeof(ptr[0]));  // Неправильно!

    return 0;
}

Важное отличие

Имя массива и указатель на массив ведут себя по-разному:

• sizeof(array) возвращает размер всего массива
• sizeof(ptr) возвращает размер самого указателя
• При передаче в функцию массив становится указателем

Указатели на указатели и массивы

Массив указателей

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10, b = 20, c = 30;
    int *pointers[3] = {&a, &b, &c};  // Массив указателей

    printf("Массив указателей:\n");

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("pointers[%d] указывает на: %d\n", i, *pointers[i]);
    }

    // Изменяем значения через массив указателей
    *pointers[0] = 100;
    *pointers[1] = 200;
    *pointers[2] = 300;

    printf("\nПосле изменения:\n");
    printf("a = %d, b = %d, c = %d\n", a, b, c);

    return 0;
}

Ключевые принципы

• Имя массива = указатель на первый элемент
• array[i] = *(array + i)
• &array[i] = array + i
• Указатель можно использовать как массив
• Массив можно обрабатывать как указатель

Указатели и массивы тесно связаны — понимание этой связи ключ к эффективной работе с данными в языке Си.