3. 指针运算与数组遍历

任务目标

本案例要求使用指针算术完成对整型数组的遍历与求和，并与下标访问方式在代码层面进行对比。重点在于理解指针算术的移动规则（p + n等价于&arr[n]），以及两种遍历方式在嵌入式环境中的实际差异。

核心实现

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

/* 数组求和：下标访问版本 */
int32_t sum_by_index(const int32_t *arr, uint32_t len) {
    int32_t sum = 0;
    for (uint32_t i = 0; i < len; i++) {
        sum += arr[i];
    }
    return sum;
}

/* 数组求和：指针算术版本 */
int32_t sum_by_pointer(const int32_t *arr, uint32_t len) {
    int32_t sum = 0;
    const int32_t *p = arr;
    const int32_t *end = arr + len;   /* 指向末尾之后 */
    while (p < end) {
        sum += *p;
        p++;                          /* 每次移动 sizeof(int32_t) 字节 */
    }
    return sum;
}

/* 指针算术遍历：打印每个元素地址偏移 */
void print_offsets(const int32_t *arr, uint32_t len) {
    const int32_t *p = arr;
    for (uint32_t i = 0; i < len; i++) {
        printf("arr[%u] 地址偏移: %ld 字节, 值: %d\n",
               i, (long)(p - arr) * (long)sizeof(int32_t), *p);
        p++;
    }
}

int main(void) {
    int32_t test_arr[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    uint32_t n = sizeof(test_arr) / sizeof(test_arr[0]);

    int32_t s1 = sum_by_index(test_arr, n);
    int32_t s2 = sum_by_pointer(test_arr, n);

    printf("下标求和: %d\n", s1);
    printf("指针求和: %d\n", s2);
    printf("结果一致: %s\n", (s1 == s2) ? "是" : "否");

    print_offsets(test_arr, n);
    return 0;
}

编译与运行

# 使用 gcc 编译（嵌入式交叉编译器同理）
gcc -Wall -O2 -o ptr_traverse ptr_traverse.c

# 运行
./ptr_traverse

验证方法

• 功能正确性：程序输出中“下标求和”与“指针求和”均为150，且“结果一致”显示“是”。
• 指针移动验证：print_offsets输出的地址偏移应为0、4、8、12、16字节（在32位int系统上），证明p++按sizeof(int32_t)步进。
• 效率对比说明：在-O2优化下，两种方式生成的机器码通常相同。若需观察差异，可改用-O0编译并对比执行时间——但本案例不要求实测，仅从代码层面理解：指针版本通过p++直接修改地址，省去了下标版本中每次计算base + i * scale的乘法操作（未优化时）。

关键点说明

• 边界指针：end = arr + len指向数组最后一个元素之后，是合法的指针值，但不可解引用。循环条件p < end保证不越界。
• 指针减法：p - arr返回元素个数差，乘以sizeof(int32_t)得到字节偏移，用于验证移动距离。
• const限定：遍历函数参数使用const int32_t *，表明只读访问，防止意外修改数组内容。