C語言指針與數組的教學探索

摘"要：“C程序設計”課程是相關工程專業(yè)本科生必修的基礎核心課程。指針是C語言的精華，但地址的存在增加了學習難度。基于課程特點和實際的教學實踐，大多數學生以被動的方式接受記住此概念，缺乏對其直觀的理解，導致有較多學生對指針和二維數組之間的關系掌握得不夠清楚。本文通過把二維數組看成是特殊的一維數組的方式，對指針與二維數組的關系進行解析，給學生提供一個直觀且準確的概念，盡可能降低學習難度，提高學生學習的積極性。

關鍵詞：C語言；指針；二維數組；地址；教學方法

中圖分類號：TP312"""文獻標識碼：A

Teaching"Exploration"of"Pointer"and"Array"in"C"Language

Zhang"Benxin

School"of"Electronic"Engineering"and"Automation，Guilin"University"of"Electronic"Technology"GuangxiGuilin"541004

Abstract：The"C"programming"course"is"a"compulsory"core"course"for"undergraduate"students"majoring"in"the"related"engineering.Pointer"is"the"essence"of"C"language，but"the"existence"of"address"increases"the"difficulty"of"learning.Based"on"the"characteristics"of"the"course"and"practical"teaching"practices，most"students"passively"accept"and"remember"this"concept，lacking"an"intuitive"understanding"of"it，resultingnbsp;in"many"students"not"having"a"clear"understanding"of"the"relationship"between"pointers"and"twodimensional"arrays.This"article"analyzes"the"relationship"between"pointers"and"twodimensional"arrays"by"treating"them"as"special"onedimensional"arrays，providing"students"with"an"intuitive"and"accurate"concept"to"reduce"learning"difficulty"as"much"as"possible"and"improve"their"learning"enthusiasm.

Keywords：C"language；Pointer；Twodimensional"array；address；Teach"method

1"概述

數組是C"語言中重要的概念，也是教學重點，使用它可以方便地處理數據。作為一類數據結構，其基本用法不難掌握［1］。指針是C語言的精華，也是學生靈活掌握C語言的關鍵，教師在課堂教學中應給予重視。指針是理解和使用數組的關鍵，它不僅僅是一個變量，也存儲了另一個變量的內存地址，這一特性使得指針在數組操作中顯得尤為重要，因為它提供了一種靈活訪問內存的方式。如果對指針的概念不清楚、掌握得不好，隨著指針學習的延伸，二維數組和指針的結合將使學生產生混淆，無法理解其中的邏輯關系［2］。

在課堂教學中應先把指針與內存的關系給學生講清楚，使學生掌握計算機的尋址方式［3］。內存是由字節(jié)組成，系統(tǒng)按順序給每個字節(jié)一個唯一的號碼，可簡單類比郵箱號，通過這個號碼可以找到對應的字節(jié)，也就找到了郵箱，故號碼是地址，這就是指針的概念，也即指針就是地址。指針與數組聯系密切，一般與數組一塊學習。數組名本身就是一個指向數組首元素的指針，一維數組使用下標訪問的方式都可以用指針的形式表示［4］。但由于二維數組相對復雜的結構，以及指針的多變靈活性，使用指針訪問二維數組中的元素有多種表示形式，是教學和學習的難點［5］。

如何幫助學生理解和掌握二維數組與指針之間的對應關系成為教學和學習中的難題。本文旨在通過將二維數組視為特殊的一維數組的方式，對指針與二維數組之間的關系進行詳細解析。這樣做的目的是為學生提供一個直觀且準確的概念框架，以便他們能夠更輕松地掌握這些復雜的概念。首先，我們需要明確二維數組在內存中的存儲方式。一個二維數組實際上是多個一維數組的集合，理解這一點是掌握指針與二維數組關系的關鍵。例如，一個3×4的二維數組可以看作是包含3個長度為4的一維數組。通過這種視角，學生可以更容易地理解為什么數組名可以作為指向數組首元素的指針，以及如何通過指針算術操作來遍歷整個二維數組。其次，我們將詳細探討如何使用指針訪問和操作二維數組的元素。通過具體的圖示，將幫助學生建立起對這些操作的直觀理解，并在教學過程中不斷強調指針的靈活性和強大功能。這種方式能降低學習難度，提高學生對C語言指針和二維數組的理解，從而激發(fā)他們的學習興趣和積極性。

2"一維數組與指針

數組是C語言中的一個重要數據類型，它由相同數據類型的元素組成，每個元素都占用一個存儲單元。數組名實際上是數組首地址的常量，可以直接表示第一個元素的地址，并可以賦給同類型的指針變量。由于數組中的元素是按順序存放在內存中的，因此可以利用指針和下標來間接訪問每一個元素。

假設定義一個整型數組int"a［5］和一個指針變量int*p，并將p指向數組a的首地址，即p=a。在C語言中，當指針p已經指向數組中的一個元素時，根據C語言的規(guī)定，p+1將指向數組a中的下一個元素。可以知道，對于一個整數n（這里n是整數大于等于0且小于等于4），p+n和a+n都是a［n］的地址，即amp;a［n］。因此，*（p+n）或*（a+n）表示p+n或a+n所指向的元素，即a［n］。C語言允許指向數組的指針變量帶下標訪問數組元素，即p［n］與*（p+n）是等價的。總之，訪問數組的某個元素可以有兩種方式：下標法，如a［n］或p［n］；指針法，如*（a+n）或*（p+n）。因此，*（p+n）或*（a+n）與a［n］是等價的。學生需要特別明確的是，a［n］和*（a+n）是無條件等價的。

掌握一維數組與指針的關系，可以更好地理解二維數組與指針。二維數組雖然具有行和列，但所有元素在內存中是連續(xù)排列的。二維數組可以看作是數組的數組，因此理解一維數組的指針操作是基礎。數組a［n］可以通過指針*（a+n）訪問，而p［n］則等價于*（p+n）。這一概念對理解指針與二維數組的關系至關重要，對于學生在學習二維數組時的指針操作將有很大幫助。二維數組的指針操作相對復雜，因為它涉及多級地址引用，但通過將二維數組視為包含多個一維數組的數組，學生可以逐步理解如何使用指針來訪問二維數組的元素。

3"二維數組與指針

在理解二維數組的內存存儲方式時，可以進一步講解其與矩陣的相似性。從數學的角度來看，矩陣是由行和列組成的，而每一行又可以看作是一個向量。同樣地，二維數組也具有行和列的結構，并且其中的每一行都可以被視為一個向量。進一步擴展，我們可以將一維數組與向量的對應關系和二維數組與矩陣的對應關系聯系起來。一維數組可以被視為一個向量，其中的每個元素代表向量中的一個分量；類似地，二維數組可以被視為一個矩陣，其中的每個元素代表矩陣中的一個元素。這種對應關系有助于將抽象的數學概念與編程中的數據結構相聯系，使學生更容易理解和應用二維數組。

雖然二維數組具有行和列的維度，但在內存中，它的元素是連續(xù)存儲的，這與一維數組的存儲方式類似。這種連續(xù)存儲的特性為我們提供了一種直觀的方式來理解和使用指針操作二維數組。如圖所示，定義int"a［3］［4］={{1，3，5，7}，{9，11，13，15}，{17，19，21，23}}。當定義一個二維數組int"a［3］［4］時，實際上是創(chuàng)建了一個由12個整數組成的連續(xù)內存塊，這個內存塊被構建成3行4列的格式。從數學角度看，一維數組與向量對應，二維數組與矩陣對應，而矩陣的每一行又可看作是一個向量。故數組a可分成3個一維數組，即a［0］、a［1］、a［2］，其中每個一維數組又含有4個元素。以一維數組a［0］為例，它含有1（a［0］［0］）、3（a［0］［1］）、5（a［0］［2］）、7（a［0］［3］）4個元素。由以上解釋可知，二維數組a［3］［4］可以理解為含有3個元素的一維數組，而每個元素又含有4個數據。其目的是讓學生利用一維數組的概念來理解二維數組：二維數組可看成是一個特殊的一維數組，即二維數組的每一行都是這個一維數組的一個元素，而元素自身又是一個一維數組。

利用二維數組可看成是一個特殊的一維數組這個概念，理解指針與二維數組的關系就比較容易和清晰。具體來說，二維數組a是由a［0］、a［1］、a［2］三個元素組成的一維數組，a是數組名，代表第一個元素a［0］的地址。根據一維數組與指針的關系可知，a+1表示的是首地址所指向的元素的后續(xù)元素的地址，即a［1］的地址。同理，a+2表示a［2］的地址，這也就是行指針的概念。此外，a［0］可以看作是由a［0］［0］、a［0］［1］、a［0］［2］和a［0］［3］4個整型數據組成的一維數組的數組名，故代表第一個元素a［0］［0］的地址，那么a［0］+1則代表元素a［0］［1］的地址，也即列指針的概念。又知a［n］和*（a+n）是無條件等價的，基于此形式，元素a［0］［1］的地址a［0］+1可表示為*（a+0）+1，那么就給出元素地址的另外一種表示形式。可以看出，把二維數組看成特殊的一維數組，從一維數組與指針的關系理解二維數組的地址，可以很清楚地讓學生明白和掌握二維數組的地址的表示形式。通過這種深入的探討和理解，學生可以清楚地看到二維數組與一維數組之間的聯系，以及如何利用指針來高效地操作二維數組。這不僅有助于學生掌握二維數組的概念，還能夠提高他們對C語言指針操作的理解和應用能力。

通過將二維數組視為特殊的一維數組，可以將其內部的結構更加清晰地呈現出來。每個一維數組（即二維數組的每一行）都包含有限個元素，而整個二維數組則由多個這樣的一維數組組成。這種視角使學生可以更輕松地理解二維數組的存儲方式和內部結構，從而更好地應用于實際的編程中。在這個過程中，數組名a實際上代表了數組的起始地址，即第一個元素a［0］的地址。這一點很重要，因為它為理解指針與數組之間的關系提供了一個重要的基礎。例如，a+1表示的是數組的起始地址所指向的元素的后續(xù)元素的地址，即a［1］的地址，這就是行指針的概念。而對于a［0］，它實際上可以看作是一個包含四個整型數據的一維數組的數組名。因此，a［0］+1就代表了元素a［0］［1］的地址，這對應著列指針的概念。

講清楚地址之后，接下來考慮地址與元素之間的引用形式。對二維數組而言，用數組名a的形式訪問元素a［2］［3］，需要兩次解析地址。首先，找到第二行的地址a+2，第一次解引用*（a+2）得到a［2］，而a［2］是第二行第0個元素的地址。其次，從前面講述可知，a［2］+3和*（a+2）+3都可表示其第三列的地址，所以需要再次進行解引用得到a［2］［3］，可知*（*（a+2）+3）和*（a［2］+3）都對應a［2］［3］。這種多種表達方式的等價性是非常重要的，因為它展示了在不同情況下如何引用二維數組中的元素。

為了加深學生對這些概念的印象，可以借助表格來總結二維數組元素與地址的表示形式。如表1所示，這樣的表格可以幫助學生系統(tǒng)地記憶和回顧二維數組的地址表示和元素訪問方法，從而幫助他們更全面地掌握二維數組的地址表示形式和引用。

結語

在C語言學習過程中，學生容易掌握一維數組與指針的聯系，然而，對于二維數組，尤其是其中地址的表達形式，學生往往會感到困惑，這是因為二維數組涉及行和列的概念，以及如何準確地定位其中的元素，對于學生來說可能是一項挑戰(zhàn)［6］。二維數組元素的訪問可以有多種實現方法，這給初學者帶來極大的困惑。本文結合教學實踐過程中對指針和數組的理解以及深入探索，充分利用一維數組的概念學習指針和二維數組的關系，將二維數組視為特殊的一維數組。這種方法不僅有助于理解其內部結構，還有助于理解指針與二維數組之間的關系，使學生能夠更清晰地掌握數組的地址表示形式，降低了學習難度，使學生能直觀且準確地掌握這個知識點。此外，通過深入地分析和比較，并借助圖和表格等工具，學生可以更好地理解二維數組元素與地址之間的關系，并且能夠靈活地使用不同的表示形式來引用數組中的元素。該教學方式的優(yōu)勢在于它提供了一種簡單而直觀的方式來理解復雜的概念［7］。通過將抽象的概念轉化為更具體、更容易理解的形式，學生可以更快地掌握知識點，并且在實際應用中更加靈活地運用所學內容，促進他們對C語言的深入理解。

參考文獻：

［1］黃寶貴，禹中元.深入淺出理解C語言指針與二維數組［J］.電腦知識與技術，2019，15（19）：8284.

［2］張憶文.C語言指針教學難點透析［J］.計算機教育，2017（01）：155158+161.

［3］王曉東.《C語言程序設計》教學方法的探討［J］.福建電腦，2018，34（06）：180+146.

［4］周二強.淺談C語言中數組變量的教學［J］.現代計算機，2020（36）：9194.

［5］符強，任風華，張向利，等.C語言程序設計［M］.桂林：廣西師范大學出版社，2021：8.

［6］王賽嬌.程序設計基礎“三環(huán)三式”課程思政教學改革探索［J］.電腦知識與技術，2024，20（05）：152155.

［7］覃海煥，蘆立華，李波，等.基于OBE的計算機類課程評價體系的設計與實踐［J］.科技世界，2024，14（06）：2630.

基金項目：桂林電子科技大學研究生教育創(chuàng)新計劃項目（2022YXW04）；桂林電子科技大學研究生課程建設項目（YKC202108）

作者簡介：張本鑫（1987—"），男，漢族，河南寧陵縣人，博士研究生，副教授，主要研究方向：優(yōu)化算法及應用。