面试题：C语言指针：数组与指针的关系分析

Question

假设有一个整型数组 `int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};`，定义一个指针 `int *ptr = arr;`。请解释 `ptr`、`ptr + 1`、`*(ptr + 1)`、`arr[1]` 之间的关系，并说明它们的值分别是什么，同时阐述指针算术运算在这种情况下的原理。

Answer 1

1. ptr
   • 关系：ptr 是一个指向数组 arr 首元素的指针。
   • 值：它的值是数组 arr 首元素（即 arr[0]）的内存地址。假设数组 arr 首地址为 0x100（实际地址由编译器和运行环境决定），那么 ptr 的值就是 0x100。
2. ptr + 1
   • 关系：ptr + 1 是指针 ptr 进行算术运算后的结果。它指向数组 arr 中第二个元素的位置。
   • 值：由于 ptr 指向 int 类型的数组，int 类型在一般情况下占 4 个字节（具体取决于编译器和系统）。如果 ptr 的值为 0x100，那么 ptr + 1 的值就是 0x100 + 4 = 0x104，即指向数组 arr 中第二个元素 arr[1] 的内存地址。
3. *(ptr + 1)
   • 关系：*(ptr + 1) 是对 ptr + 1 所指向的内存地址进行解引用操作，得到该地址存储的值。
   • 值：因为 ptr + 1 指向 arr[1]，所以 *(ptr + 1) 的值就是 arr[1] 的值，即 2。
4. arr[1]
   • 关系：arr[1] 是数组 arr 的第二个元素。
   • 值：其值为 2。

指针算术运算原理： 当对指针进行算术运算（如 ptr + n）时，指针移动的字节数取决于它所指向的数据类型的大小。对于 int 类型指针，ptr + 1 会使指针移动 sizeof(int) 个字节，从而指向下一个 int 类型元素的位置。在数组的情况下，数组名在表达式中会被隐式转换为指向首元素的指针，所以 arr 可以像指针一样使用，arr[1] 本质上等价于 *(arr + 1)，这是因为数组下标访问是基于指针算术运算实现的。