C语言面试题目之指针和数组

说明：所有题目均摘录于网络以及我所见过的面试题目，欢迎补充！

无特殊说明情况下，下面所有题s目都是linux下的32位C程序。

先来几个简单的热热身。

1、计算以下sizeof的值。

char str1[] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e'};
char str2[] = "abcde";
char *ptr = "abcde";
char book[][80]={"计算机应用基础","C语言","C++程序设计","数据结构"};

sizeof(str1)=?

sizeof(str2)=?

sizeof(ptr)=?

sizeof(book)=?

sizeof(book[0])=?

分析：

sizeof(str1)=5，就是5*sizeof(char)=5；

sizeof(str2)=6，字符串都是以'\0'结尾，所以所占字节数为6；

sizeof(ptr)=4，ptr是一个指针，在32位平台上大小为4字节；

sizeof(book)=320，book是一个二维数组，4*80*1

sizeof(book[0])=80，book[0]是第一维数组，因为此80*1

根据sizeof求数组元素的个数也很简单，拿第一个来说，就是sizeof(str1)/sizeof(char)。

2、上面是求计算他们所占字节数，下面来看看怎么求字符串或数组的实际长度。计算下面strlen值。

char  arryA[] = {'a','b','c','\0','d','e'};

char  arryB[] = {'a','b','c','d','e'};

char  arryC[6] = {'a','b','c','d','e'};

char *str = "abcde";

分析：

strlen(arryA) = 3，strlen遇到'\0'就会返回，无论后面有多少个字符；

strlen(arryB)长度无法确定，没有人为写入‘\0’，strlen会继续计算直到找到结束符，结果未知；

strlen(arryC)=5，指定了数组大小，编译器会自动在空余地方添加'\0'，这其实跟char arryC[6] = {'a','b','c','d','e','\0'};等价。

strlen(str) = 5，不包括结尾的'\0'。

 由以上两个我们来看看strlen和sizeof的区别：

（1）、sizeof是C语言中的一个单目运算操作符，类似++、--等；

　　　　用于数据类型，sizeof(type)，比如sizeof(int)

　　　　用于变量，sizeof(var_name)

　　　　注意：sizeof不能用于函数类型、不完全类型或位字段。不完全类型是指具有未知存储大小的数据类型，比如未知存储大小的数组类型、

　　　　　　　未知内容的结构体或联合类型，void类型等。例如： sizeof(max)，若此时变量max定义为int max(); sizeof(char_v)，此时char_v

　　　　　　　定义为char char_v[MAX]且MAX未知。

（2）、strlen是个函数，其原型为unsigned int strlen(char *s);

　 　　 streln的计算必须依赖字符序列中的'\0'，通过该字符来判断字符序列是否结束。

3、忽悠人的char str[]和char *str

（1）下面的操作合法么？出错的话，会是在那个阶段？编译时期还是运行时期？

char str[] = "hello";
str[] = 's';     //合法么

char *str = "hello";
p[] = 's';      //合法么

分析：

这两个都可以成功编译，只是第二个会在运行时期出现段错误。下面来分析一下：

首先"hello"是一个字符串常量，存储在静态数据区域(data段)，这是在编译时期就确定的。第一个是将字符串常量赋值给了一个变量（全局变量在数据段，局部变量在栈区），实际上是将字符串常量拷贝到了变量内存中，因此修改的只是str[]这个变量的值。

第二个是将字符串常量的首地址赋值给p，对p操作就是对字符串常量进行修改！因此出现了段错误。

（2）理解了上面的知识，判断一下下面的true or false？

char str1[] = "abc";
char str2[] = "abc";

const char str3[] = "abc";
const char str4[] = "abc";

const char *str5 = "abc";
const char *str6 = "abc";

char *str7 = "abc";
char *str8 = "abc";

cout << ( str1 == str2 ) << endl;
cout << ( str3 == str4 ) << endl;
cout << ( str5 == str6 ) << endl;
cout << ( str7 == str8 ) << endl;

分析：

结果是： 0 0 1 1

先理解str1,str2,str3,str4，他们是什么？他们是数组名，也就是数组首元素的地址！”str1 == str2“本质就是比较两个数组的地址是不是相同。上面我们说过，编译器给他们分配了新的存储空间来对字符串"abc"进行拷贝，这些变量在内存里是相互独立的，因此他们的地址肯定不同！

再理解str5,str6,str7,str8，他们是什么？他们是指针，他们的值就是字符串常量的地址！它们都指向“abc"所在的静态数据区，所以他们都相等。

（3）更深一步：下面程序有问题么？有的话问题出在哪里？如何修改？

#include <stdio.h>
char *returnStr()
{
 　　char p[]="hello world!";
 　　return p;
}
int main()
{
 　　char *str = NULL;
 　　str = returnStr();
 　　printf("%s\n", str);

 　　return ;
}

分析：

p是个局部变量，只是把字符串"hello word!"进行了拷贝，该局部变量是存放在栈中的，当函数退出时，栈被清空，p会被释放，因此返回的是一个已经被释放的内存地址，这样做是错误的。

可以进行如下修改：

#include <stdio.h>
char *returnStr()
{
 　　char *p = "hello world!";
 　　return p;
}
int main()
{
 　　char *str = NULL;
 　　str = returnStr();
 　　printf("%s\n", str);

 　　return ;
}

这么写就不会有问题了，因为"hello world!"存放在静态数据区，将该区的首地址赋值给指针p并返回，即使returnStr函数退出，也不会对字符串常量所在的内存进行回收，因此可以访问该字符串常量。

当然了，也可以这么修改：

#include <stdio.h>
char *returnStr()
{
 　　static char p[] = "hello world!";
 　　return p;
}
int main()
{
 　　char *str = NULL;
 　　str = returnStr();
 　　printf("%s\n", str);

 　　return ;
}

使用关键字static，static修饰的局部变量也会放在data段，即使returnStr函数退出，也不会收回该内存空间。

 4、数组作为函数参数传递

我们往往会把数组当做函数的入参，看看下面的函数有啥问题：

int func(int a[])
{
    int n = sizeof(a)/sizeof(int);
    for(int i=;i<n;i++)
　　 {
        printf("%d ",a[i]);
        a[i]++;
    }
}  

结果却发现n的值总是1！为什么会这样呢？这是因为在C中，将数组传递给一个函数时，无法按值传递，而是会自动退化为指针。下面的三种写法其实是等价的：

"int func(int a[20]);" 等价于 "int func(int a[]);" 等价于 "int func(int *a);"。

5、两数交换的那些坑 

下面代码想实现两数交换，有什么问题么？

void swap(int* a, int* b)
{
    int *p;
    p = a;
    a = b;
    b = p;
} 

分析：

程序在运行到调用函数时，会将参数压栈，并为之分配新的空间，此时传递进来的其实是一个副本，如下图所示：

a的值跟b的值都是地址，交换a和b的值，只是把两个地址交换了而已，也就说只是改变了副本的地址而已，地址所指向的对象并没有改变！。

正确的方法应该是这样的：

void swap(int* a, int* b)
{
    int tmp;
    tmp = *a;
    *a = *b;
    *b = tmp;
} 

a和b虽然也是副本，但是在函数内部通过该地址直接修改了对象的值，对应的实参就跟着发生了变化。

其实，指针传递和值传递的本质都是值传递，值传递是传递了要传递变量的一个副本。复制完后，实参的地址和形参的地址没有任何联系，对形参地址的修改不会影响到实参，但是对形参地址所指向对象的修改却能直接反映在实参中，这是因为形参所指向的对象就是实参的对象。正因如此，我们在传递指针作为参数时，要用const进行修饰，就是为了防止形参地址被意外修改。

6、函数参数为指针应小心

下面的代码有什么问题？运行结果会怎么样？

void GetMem(char *p)
{
    p = (char*)malloc();
}

void main()
{
    char *str = NULL;
    GetMem(str);
    strcpy(str, "hello word!");

    printf(str);
}

分析：

程序崩溃。在上面已经分析过了，传递给GetMem函数形参的只是一个副本，修改形参p的地址对实参str丝毫没有影响。所以str还是那个str，仍为NULL，这时将字符串常量拷贝到一个空地址，必然引发程序崩溃。下面的方法可以解决这个问题：

void GetMem(char **p)
{
    *p = (char*)malloc();
}

void main()
{
    char *str = NULL;
    GetMem(&str);
    strcpy(str, "hello word!");
    printf(str);
　　 free(str);   //不free会引起内存泄漏
}

看似有点晦涩，其实很好理解。本质上是让指针变量str指向新malloc内存的首地址，也就是把该首地址赋值给指针变量str。前面我们说过，指针传递本质上也是值传递，要想在子函数修改str的值，必须要传递指向str的指针，因此子函数要传递的是str的地址，这样通过指针方式修改str的值，将malloc的内存首地址赋值给str。

7、数组指针的疑惑

（1）说出下面表达式的含义？

int *p1[1];
int (*p2)[1];

第一个是指针数组，首先他是一个数组，数组的元素都是指针。

第二个是数组指针，首先他是一个指针，它指向一个数组。

下面这张图可以很清楚的说明：

（2）写出下面程序运行的结果

int a[] = { , , , ,  };
int *ptr = (int *)(&a + );
printf("%d,%d", *(a + ), *(ptr - )); 

分析：

答案是2,5。本题的关键是理解指针运算，”+1“就是偏移量的问题：一个类型为T的指针移动，是以sizeof(T)为单位移动的。

a+1:在数组首元素地址的基础上，偏移一个sizeof(a[0])单位。因此a+1就代表数组第1个元素，为2；

&a+1：在数组首元素的基础上，偏移一个sizeof(a)单位，&a其实就是一个数组指针，类型为int(*)[5]。因此&a+1实际上是偏移了5个元素的长度，也就是a+5；再看ptr是int*类型，因此"ptr-1"就是减去sizeof(int*)，即为a[4]=5;

a是数组首地址，也就是a[0]的地址，a+1是数组下一个元素的地址，即a[1]；  &a是对象的首地址，&a+1是下一个对象的地址，即a[5]。

8、二级指针疑问

给定声明 const char * const *pp;下列操作或说明正确的是？

（A）pp++　　（B）(*pp)++　　（C）(**pp)=\\c\\;　　（D）以上都不对

分析：

答案是A。

先从一级指针说起吧： 
（1）const char p  ：  限定变量p为只读。这样如p=2这样的赋值操作就是错误的。 
（2）const char *p ： p为一个指向char类型的指针，const只限定p指向的对象为只读。这样，p=&a或  p++等操作都是合法的，但如*p=4这样的操作就错了， 因为企图改写这个已经被限定为只读属性的对象。

（3）char *const p ： 限定此指针为只读，这样p=&a或  p++等操作都是不合法的。而*p=3这样的操作合法，因为并没有限定其最终对象为只读。 
（4）const char *const p ：两者皆限定为只读，不能改写。 
再来看二级指针问题： 
（1）const char **p ： p为一个指向指针的指针，const限定其最终对象为只读，显然这最终对象也是为char类型的变量。故像**p=3这样的赋值是错误的， 而像*p=？ p++这样的操作合法。

（2）const char * const *p ：限定最终对象和 p指向的指针为只读。这样 *p=?的操作也是错的，但是p++这种是合法的。 
（3）const char * const * const p ：全部限定为只读，都不可以改写

9、*p++、 (*p)++、 *++p、 ++*p

int a[5]={1, 2, 3, 4, 5};

int *p = a;

*p++ 先取指针p指向的值（数组第一个元素1），再将指针p自增1；

        cout << *p++;   // 结果为 1

        cout <<(*p++);  // 1

(*p)++ 先去指针p指向的值（数组第一个元素1），再将该值自增1（数组第一个元素变为2
        cout << (*p)++;  // 1
        cout <<((*p)++)  // 2
*++p   先将指针p自增1（此时指向数组第二个元素），* 操作再取出该值

        cout << *++p;  // 2
        cout <<(*++p)  // 2

++*p  先取指针p指向的值（数组第一个元素1），再将该值自增1（数组第一个元素变为2）
       cout <<++*p;     // 2    
       cout <<(++*p)  // 2

参考博客：

1、《C语言中sizeof 与strlen 区别 》：http://www.cnblogs.com/kungfupanda/archive/2012/12/24/2831273.html

2、《常量字符串为什么位于静态存储区？》：https://blog.csdn.net/ebw123/article/details/51388340

3、《值传递、指针传递、引用传递的区别》：https://blog.csdn.net/koudan567/article/details/51298511

4、牛客网mlc答案：https://www.nowcoder.com/test/question/done?tid=16211084&qid=1409#summary