艾鍗學院C語言與資料結構課程講義

1. 第六章 陣列與指標
1

2. 陣列 Arrays
陣列 : 由一連續且相同資料型態的元素所組成 .
1. 所謂“連續”指的是元素是循序地儲存在記憶體裡 .
陣列的宣告方式 datatype name [constant-size]
1. constant-size 不可以是變數 , 只能是常數且是一個正整數 , 例如 :
2. #define MAX_SIZE 16
3. ...
a[0] 5
4. int list[MAX_SIZE + 1];
a[1] -2
陣列的初始化 :
a[2] 17
1. 如 int a[3] = {5, -2, 17};
2. 陣列元素若未進行初始化 , 其每個元素的值都是 garbage value
• 註 : 對於 global 和 static 陣列其元素會初始為 0
1. 陣列初始最後一個元素後 , 其它未初始化元素都會設為 0
• int b[5] = {5,-2};
2

3. 陣列 Arrays (cont.)
若未明確指定 constant-size, 則編譯器會依列示的初始
值個數來計算陣列所需的元素個數
• int q[] = {1, 2, 3}; 等同於
int q[3] = {1, 2, 3};
陣列大小無法再更動
C 陣列索引由 0 開始 , 因此 int a[3]; 為表示有 3 個
int, 分別為 a[0], a[1] 和 a[2]
1. 小心別存取 a[3].
字串 (String) 的宣告可以是為字元陣列加上一個空字
元 (NULL character), 如下 :
1. char str1[] = {'a', 'b', 'c', '0'};
char str2[] = "abc";
3

4. 陣列 Arrays (cont.)
extern int a[]; 此非陣列宣告 , 而是明確表示陣
列 a 為外部參考 .(External Reference), 即陣列 a
是定義在其他檔案 (file scope) 或任何函數外
(global variable)
const int a[3] = {5, -2, 17}; const 關鍵字可以使陣
列元素只能讀無法修改 .
4

5. 範例 -1D 陣列
#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#define SIZE 33
#define SIZE
#define SHOW_1D(X,Y) for ((X)=0;(X)<(Y);(X)++)
#define SHOW_1D(X,Y) for ((X)=0;(X)<(Y);(X)++)
printf("a[%d]=%-5d <--%pn",(X),a[(X)],&a[(X)]);
printf("a[%d]=%-5d <--%pn",(X),a[(X)],&a[(X)]);
int main()
int main()
{{
int i=0;
int i=0;
int a[SIZE]={5,-2,17};
int a[SIZE]={5,-2,17};
SHOW_1D(i,SIZE);
SHOW_1D(i,SIZE);
a[1]=100;
a[1]=100;
SHOW_1D(i,SIZE);
SHOW_1D(i,SIZE);
return 0;
return 0;
}}
5

6. 要讓程式當掉其實很容易
void fun(void)
{
char a[4] ;
a[4] = 0 ; // crash!
}
void fun(void)
{
char a[3] ;
a[3] = 0 ; // may be still alive! Why?
}
6

7. 隨堂練習
Please implement this function:
float D2A(int Digital_value) ;
-10bit AD (0-1023)
-對應電壓 0~3.3V
-每次取樣 10 筆，過濾掉最大與最小值，取平均
-傳入 Digital 值 ( 八筆平均 ) ，傳回電壓值
test.c – 使用者輸入 AD 值，呼叫 AD 模組的功能，傳回正確的電壓
值。
AD.c – AD 模組的實現
AD.h – AD 模組相關的宣告
7

8. D2A Converter
Digital : 0~1023
Voltage: 0 ~ 3.3V
3.3V
Input Digital value = X ?
1023 X
＝ 0 X 1023
3.3 V
V = 3.3 * X / 1023
8

9. 指標 Pointer

10. 指標
指標 : 目的是用來指向其他變數 .
1. 本身亦為一個變數 ,
2. 指標內容為”所指向變數之記憶體位址” .
和指標有關的二個運算子 (Operator)
1. & 傳回變數的位址
2. * Redirect operator( 間接存取運算子 ) 提取
(dereferences) 被指標所指向的位置裡所儲存之值
10

11. 範例
int i,i,j;j;
int
int **p;
int p; /* pointer to `int' */
/* pointer to `int' */
i i= 6;
= 6;
pp= &i;
= &i; /* set `p' to address of `i' */
/* set `p' to address of `i' */
j j= *p;
= *p; /* set `j' to 66(value of `i') */
/* set `j' to (value of `i') */
*p = 5;
*p = 5; /* set `i' to 55*/
/* set `i' to */
i 0xba04
6 5
j 0xba08 6
*p
p 0xba18 0xba04
11

12. 範例
#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
int data[2] = {100, 200};
int data[2] = {100, 200};
int moredata[2] = {300, 400};
int moredata[2] = {300, 400};
int main(void)
int main(void)
{{
int **p1, **p2, **p3;
int p1, p2, p3;
p1 = p2 = data;
p1 = p2 = data;
p3 = moredata;
p3 = moredata;
printf(" *p1 = %d, *p2 = %d, *p3 = %dn",
printf(" *p1 = %d, *p2 = %d, *p3 = %dn",
*p1 , , *p2 , , *p3);
*p1 *p2 *p3);
printf("*p1++ = %d, *++p2 = %d, (*p3)++ = %dn",
printf("*p1++ = %d, *++p2 = %d, (*p3)++ = %dn",
*p1++ , ,*++p2 , ,(*p3)++);
*p1++ *++p2 (*p3)++);
printf(" *p1 = %d, *p2 = %d, *p3 = %dn",
printf(" *p1 = %d, *p2 = %d, *p3 = %dn",
*p1 , , *p2 , , *p3);
*p1 *p2 *p3);
return 0;
return 0;
}}
12

13. data[1] = 200
data[0] = 100
data
moredata[0]=400
*p1 = 100, *p2 = 100, *p3 = 300
moredata[0]=300
moredata
P3
P2
P1
13

14. data[1] = 200
data[0] = 100
data
moredata[0]=400
*p1++ = 100
moredata
moredata[0]=300 301  access (*p1)
 p1++
*++p2 = 200
 p2++
 access (*p2)
P3
P2 (*p3)++ = 300
 access *p3
P1  (*p3) = (*p3) + 1
14

15. data[1] = 200
data[0] = 100
data
moredata[0]=400
*p1 = 200, *p2 = 200, *p3 = 301
moredata
moredata[0]=300 301
P3
P2
P1
15

16. 算我求求你們，
千萬別寫出 *++p2 這樣的鬼東西！
對軟體團隊而言，程式的可讀性與可維護性，
其重要性超過一切！
16

17. 指標 (cont.)
null pointer : 指標內容為 0 (NULL)
1. if (ptr) statement ;
2. if ( ptr!= 0) statement ;
指標不可以指向
1. 常數值 (constants) 如 3, 因為 3 並沒有一個固定的記
憶體位址 .
2. 暫存器 (register) 變數 , 因為暫存器變數的內容並不
是放在記憶體 , 因此沒有記憶體位址 .
3. 運算式 (expressions) 如 8 * k , 運算式的結果即如同常
數值 , 一樣沒有一個固定的記憶體位址 .
17

18. 陣列與指標 (cont.)
指標與陣列的關聯
1. 陣列的存取是直接存取 (direct addressing), 而指標的存取是間接
存取 (indirect addressing)
2. 陣列名稱 arr 為一個常數值 , 代表陣列元素的起始位址 , 而指標
p 的內容為 arr 陣列起始位址
3. &arr[0]==arr
4. arr[i]==*(arr+i)
5. arr++; 是錯誤的 ( 提醒 :++ 和—運算子的對象是變數 )
6. sizeof 運算子
• sizeof(arr) 傳回陣列所佔記憶體空間
• sizeof(p) 傳回指標變數所佔記憶體空間
18

19. 陣列與指標 (cont.)
1. & 運算子
• &array == arrary == &arrary[0]
• &pointer 傳回指標變數的位址 .
1. 字串常數
• 字串常數儲存在一個唯讀的記憶位置 .
• char arr[] = "abc"
陣列 arrary 其第一個元素至第 4 個元素為別被設為 'a', 'b',
'c', '0'
如同 strcpy(arr,”abc”)
• char *ptr = "abc"
• ptr 指向字串常數所在記憶體位址
“abc” 到底儲存在哪裡？
19

20. 範例 -1D 陣列
#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#define SIZE 3
#define SIZE 3
void show_1d(int *ar,int size);
void show_1d(int *ar,int size);
int main()
int main()
{{
int i=0;
int i=0;
int a[3]={5,-2,17};
int a[3]={5,-2,17};
show_1d(a,SIZE);
show_1d(a,SIZE);
a[1]=100;
a[1]=100;
show_1d(&(a[0]),SIZE);
show_1d(&(a[0]),SIZE);
return 0;
return 0;
}}
void show_1d(int *ar,int size)
void show_1d(int *ar,int size)
{{
int i=0;
int i=0;
for (;i<size;i++) printf("ar[%d]=%-5d <--%pn",i,ar[i],&ar[i]);
for (;i<size;i++) printf("ar[%d]=%-5d <--%pn",i,ar[i],&ar[i]);
}}
20

21. #include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#define SIZE 3
#define SIZE 3
void show_1d(int *start, int *end);
void show_1d(int *start, int *end);
int main()
int main()
{{
int i=0;
int i=0;
int a[3]={5,-2,17};
int a[3]={5,-2,17};
show_1d(a,a+SIZE);
show_1d(a,a+SIZE);
a[1]=100;
a[1]=100;
show_1d(&a[0],a+SIZE);
show_1d(&a[0],a+SIZE);
return 0;
return 0;
}}
void show_1d(int *start, int *end)
void show_1d(int *start, int *end)
{{ int i i= 0 ;;
int = 0
for (;stasrt<end;start++,i++)
for (;stasrt<end;start++,i++)
printf(“start[%d]=%-5d <-- %pn",i,*start, start);
printf(“start[%d]=%-5d <-- %pn",i,*start, start);
}}
21

22. 陣列與指標 (cont.)
千萬別存取一個未初始化的指標
1. int *pt; // an uninitialized pointer
2. *pt=4; // a terrible error
3. 使用指標前 , 必須先讓指標指向一個已存在的變數的
記憶體位址
22

23. 指標的運算
ptr++ 或 ptr=ptr+1 會使指標的數值增加一個單位 . 此
單位大小由指標所指向資料型態的大小而定
例如 ptr 指向位址 0xff00:
1. 若 ptr char 的指標 , 則 ptr++ 將使 ptr 成為 0xff01
2. 若 ptr 是一個指向 int (4 bytes) 的指標 , 則 ptr++ 將使 ptr 成為
0xff04
若 ptr1 指向 a[0] 且 ptr2 指向 a[3], 則
1. ptr2 > ptr1 的結果為真
2. ptr2 - ptr1 的結果 3 ( 和 a 陣列的資料型態無關 )
23

24. 指標的運算 (cont.)
若 ptr1 指向 a[0] 且 ptr2 指向 b[3], 則
1. 無法確定 ptr2 > ptr1 或 ptr2 < ptr1 的結果 , 唯一能確
定的只有 ptr2 != ptr1
24

25. 指標的指標
int **p2; // a pointer to a pointer
int **p2; // a pointer to a pointer
int *p1;
int *p1;
int arr[3]={3,6,9};
int arr[3]={3,6,9};
p1=arr+2;
p1=arr+2;
p2=&p1;
p2=&p1;
**p2= 100;
**p2= 100;
25

26. 多維陣列
宣告一個二維陣列如 float m[3][2];
m 陣列的 6 個元素 , 分別為 m[0][0], m[0][1],
m[1][0], m[1][1], m[2][0], m[2][1]
26

27. 範例 -2D 陣列
#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#define ROW 33
#define ROW
#define COL 22
#define COL
int main()
int main()
{{
int i,j;
int i,j;
int m[ROW][COL]={{100,200},{300,400},{500,600}};
int m[ROW][COL]={{100,200},{300,400},{500,600}};
m[1][1]=900;
m[1][1]=900;
for (i=0;i<ROW;j=0,i++)
for (i=0;i<ROW;j=0,i++)
for (j=0;j<COL;j++)
for (j=0;j<COL;j++)
printf("m[%d][%d]=%-5d <--%pn",i,j,m[i][j],&m[i][j]);
printf("m[%d][%d]=%-5d <--%pn",i,j,m[i][j],&m[i][j]);
return 0;
return 0;
}}
27

28. 多維陣列 (cont.)
多維陣列即為多個”陣列的陣列” (of arrays of arrays...)
宣告一個二維陣列如 float m[3][2]; //array of 3 array of 2
floats
1. m 是一個 float 型態的陣列其可儲存 3 項資料而每一項
又具有 2 個元素 (2-int 資料型態單位的陣列 )
2. float m[3][2]; // m is an array of 3 somethings
3. float m[3][2]; // an array of 2 floats (*m)[2]
4. m[3][2] 是一個以 2-int 資料型態為單位的陣列
m[0] m[0][0] m[0][0]
m[1] m[0][0] m[0][0]
pointer array m[2] m[0][0] m[0][0]
28

29. An array of arrays
zippo the address of the first 2-int element
zippo+2 the address of the third 2-int element
*(zippo+2) the third element, a 2-int array, hence the address of its first
element, an int
*(zippo+2) + 1 the address of the second element of the 2-int array, also an int
*(*(zippo+2) + 1) the value of the second int in the third row (zippo[2][1])
zippo[m][n] == *(*(zippo + m) + n)
29

30. Pointers to Multi-Dimensional Arrays
int (* pz)[2]; // pz points to an array of 2 ints
pz=zippo;
pz[m][n] == *(*(pz + m) + n)
30

31. Example
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int zippo[4][2] = { {2,4} , {6,8} , {1,3} , {5, 7} };
printf(" zippo = %p, zippo + 1 = %pn",
zippo, zippo + 1);
printf("zippo[0] = %p, zippo[0] + 1 = %pn",
zippo[0], zippo[0] + 1);
printf(" *zippo = %p, *zippo + 1 = %pn",
*zippo, *zippo + 1);
printf("zippo[0][0] = %dn", zippo[0][0]);
printf(" *zippo[0] = %dn", *zippo[0]);
printf(" **zippo = %dn", **zippo);
printf(" zippo[2][1] = %dn", zippo[2][1]);
printf("*(*(zippo+2) + 1) = %dn", *(*(zippo+2) + 1)); return 0;
}
31

32. Pointer to const data
int * p1;
const int * p2;
const int ** pp2;
p1 = p2; // not valid -- assigning const to non-const
p2 = p1; // valid -- assigning non-const to const
pp2 = &p1; // not valid -- assigning non-const to const
const int **pp2;
int *p1;
const int n = 13;
pp2 = &p1; // not allowed, but suppose it were
*pp2 = &n; // valid, both const, but sets p1 to point at n *p1
*p1= 10; // valid, but changes const n
32

33. Constant pointer
ch6/const_ptr.c
#include <stdio.h>
int main()
{
const int a=10;
int b=20;
const int * const ptr=&a;
*ptr=100;
ptr=&b;
return 0;
}
33

34. Functions and Multidimensional Arrays
#define ROWS 3
#define ROWS 3
#define COLS 4
#define COLS 4
void sum_rows(int ar[][COLS], int rows);
void sum_rows(int ar[][COLS], int rows);
int main() {{
int main()
int junk[3][4] = {{
int junk[3][4] = {2,4,5,8} ,,
{2,4,5,8}
{3,5,6,9} ,,
{3,5,6,9}
{12,10,8,6}
{12,10,8,6}
};
};
sum_rows(junk, ROWS);
sum_rows(junk, ROWS);
return 0;
return 0;
}}
34

35. void sum_rows(int ar[][COLS], int rows)
void sum_rows(int ar[][COLS], int rows)
{{
int r;
int r;
int c;
int c;
int tot;
int tot;
for (r = 0; rr < rows; r++)
for (r = 0; < rows; r++)
{{
tot = 0;
tot = 0;
for (c = 0; c < COLS; c++)
for (c = 0; c < COLS; c++)
tot += ar[r][c];
tot += ar[r][c];
printf("row %d: sum = %dn", r, tot);
printf("row %d: sum = %dn", r, tot);
}}
}}
35

36. Lab #6 - Homework
矩陣相乘 – 除了影像處理或加解密…等，我不認
為你 在嵌入式系統裡會碰 到更複雜的陣列運算了
！
(http://zh.wikipedia.org/zh-hk/ 矩陣乘法 )
早晚你 要碰 到的 – 泡泡排序法。
36

37. 37

38. Bubble Sort
#include <stdio.h> /* Bubble Sort */
void main(void)
{
int data[50];
int i,j,n,temp;
printf("Please input integer number you want to sort:");
scanf("%d" ,&n);
printf("n");
if (n > 49)
{
printf("number should be less than 49n");
return;
}
for (i = 1;i <= n;i++)
{
printf("input data[%d]=", i);
scanf("%d", &data[i]);
}
38
38

39. Sorting
for (i=1; i <= n; i++)
{
for (j = n; j > i; j--)
{
if (data[j-1] > data[j])
{
temp = data[j-1];
data[j-1] = data[j];
data[j] = temp;
}
}
}
printf("nSorting result: n");
for(i = 1; i <= n; i++)
printf("%d ", data[i]);
}
39
39

40. 矩陣相乘
1. 輸入矩陣 row, column
2. 輸入矩陣所有元素
3. 矩陣相乘
40

41. 矩陣相乘 (1)
#include <stdio.h>
// Matrix A : m x n (row = m, column = n)
// Matrix B : n x p
// A x B = C (C should be m x p)
//
#define m 3
#define n 2
#define p 2
41

42. 矩陣相乘 (2)
void main()
{
int A[m+1][n+1], B[n+1][p+1], C[m+1][p+1];
int i, j, k;
printf("Please input Matrix A:");
for (i =1 ; i<= m; i++)
{
for(j=1;j<=n;j++)
scanf("%d",&A[i][j]);
}/*end for*/
printf("Please input Matrix B:");
for (i =1 ; i<= n; i++)
{
for(j=1;j<=p;j++)
scanf("%d",&B[i][j]);
}/*end for*/
42

43. 矩陣相乘 (3)
for (i=1; i<=m; i++)
{
for (j=1; j<=p; j++)
{
C[i][j]=0;
for(k = 1; k <= n; k++)
{
C[i][j] = C[i][j] +A[i][k] * B[k][j];
}
printf("%d ", C[i][j]);
}
printf("n");
}
}
43

44. How to access CPU registers?
CPU Internal Registers
Memory Mapping Registers
44

45. CPU Internal Registers
45

46. /*
透過一般暫存器 R4 ，設定 Stack Point （ SP ）暫存器的值
（通常特殊暫存器都不允許直接設值 , 必須透過一般暫存器）
*/
asm("xld.w %r4,0x20000");
asm("ld.w %sp,%r4");
/*
假設第 0 個 bit 代表 IE bit （ Interrupt Enable ），值為 1 時表示允許中
斷產生
以下的程式會令 CPU 允許中斷發生
*/
asm("ld.w %r8, 0x000001"); // Set PSR to interrupt enable
asm("ld.w %psr, %r8");
GCC-Inline-Assembly-HOWTO
Reference-2
46

47. Memory Mapping Registers
47

48. “volatile”
這兩個程式等價嗎？
48

49. 使用 C 語言開發驅動程式 (1)
Volatile 變數
volatile unsigned int * xxx_register = 0x300024 ;
// 對暫存器 0x300024 連續設值，因為變數形態設定為 volatile
// 所以對 xxx_register 的操作不會被最佳化
//
*xxx_register = 0x00ABCDEF ;
*xxx_register = 0x12345678 ; ;
// 0x300021 是 CPU 的 memory mapping Register
// 以下的運算是將 bit 4 設為 1
//
*((volatile unsi gned char *)0x300021) |= 0x10;
 *((volatile unsigned char *)0x300021) =
*((volatile unsi gned char *)0x300021) | 0x10 ;
49

50. volatile unsigned char data ;
data = *((volatile unsigned char *)0x300021) ;
data = data | 0x10 ; // set bit 4 as 1
*((volatile unsi gned char *)0x300021 = data ;
50

51. IF FPSHIFT-mask-enable
set to 16bpp and color mode
ELSE
set LCD-panel-data-width to 4-bit mode
51

52. 動態記憶體配置
void * malloc(int size) ;
void free(void * ptr) ;
52

53. main()
{
int A_array[20] ;
int * B_array ;
int array_no ;
int i ;
for(i=0;i<20;i++)
A_array[i] = 0 ;
printf("please input size of array B: ") ;
scanf("%d",&array_no) ;
B_array = (int *)malloc(array_no * sizeof(int)) ;
if(B_array != NULL)
{
for(i=0;i<array_no;i++)
B_array[i] = 0 ;
}
free(B_array ) ;
}
53

54. Lab #6-2
使用 malloc/free 修改 homework1 （多項式）程
式，
使其可以處理超過 10 項的多項式。
54

55. Lab #6-3
4 個學生的四科成績
求全部平均
求第 n 位學生的平均
55 Page:97

56. 記憶體測試
記憶體會出問題的機會比想像的多， e.g.
1. 電路設計或 Layout 錯誤
2. Chip Select 選錯
3. SDRAM controller 設定錯誤
4. Timing 設定
基本的硬體測試 - 把各個記憶體的每 一個 byte 都測
過，確定讀寫 ( 如果能寫的話 ) 都沒問題
56 Copyright © 2007
FITPI. All rights

57. Lab #6-4
1. Allocate Memory as SRAM
2. write(address,value)
3. verify(address,value)
4. calculate_checksum(address,size)
57

58. 嵌入式系統標準函式庫的效能考量
memcpy() void memcpy(void * dest, void * src, int n)
{
// 這個 function 也有可能是用 assembly 實現的 , 但算法基本上一樣
//
int i ;
char *Dest = (char *)dest ;
char *Src = (char *)src ;
for(i=0;i<n;i++)
Dest[i] = Src[i] ;
安全的作法
安全的作法
}
void my_memcpy(void * dest, void * src, int n)
{
// for Video-RAM copy only
//
加速版
int i ;
long *Dest = (long *)dest ; 加速版
long *Src = (long *)src ;
for(i=0;i<(n>>2);i++) // 往右移兩個 bit  n/4
Dest[i] = Src[i] ;
}
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