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舉例理解C語言二維數組的指針指向問題

2020-01-26 14:47:53
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來源:轉載
供稿:網友

   之前對數組的概念一直沒有理解透徹,只覺得數組名就是個常量指針而已,用法和基本的指針差不多。所以當我嘗試用二級指針去訪問二維數組時,就經常會出錯。下面就是剛開始寫的一個錯誤的程序:

#include <stdio.h>int main(){    int iArray[2][3] =    {{1,2,3},{4,5,6}};    int **pArray = NULL;    pArray = iArray;        printf("array[0][0] = %d/n", pArray[0][0]);    printf("array[1][2] = %d/n", pArray[1][2]);            return 0;}

開始的時候我是這樣分析的:本來數組和指針就差不多,一維數組和一維指針對應,那么二維數組名應該和二維指針差不多,所以上面那個程序是沒有錯的,應該打印出的是1和6。但是當我實際編譯運行的時候,卻出現了段錯誤,也就是我訪問了不該訪問的地址空間。那錯誤到底出在什么地方呢?正確的程序應該怎么寫呢?
     為了解決問題,不得不讓我重新理解數組的含義。仔細翻閱一些書籍后,我發現其實數組并不是我原來想象的那么簡單:一個常量指針標識的一群變量的集合。數組應該也算是一個完備的變量類型:有名字,有大小,也有地址。只不多就是名字和它的地址一樣罷了。也正是因為數組有大小,所以當用sizeof對數組名進行運算時,算出來的是實際數組的大小,而不是指針的大小。
     也正是因為這樣,所以指向數組的指針和指向指針的指針也大不一樣。它們倆最明顯的不同就是表現在指針步進的時候。我們知道指針在進行++運算的時候,跨越的實際地址取決于指針指向的數據類型:對于一般的32位機來說,假如指向的是int型數據,跨越的實際地址就是4,指向的是指針型數據,跨越的實際地址也是4,當指向的是數組類型的時候,跨越的實際地址就是數組的長度了。
     現在再回頭分析上面那個錯誤程序,根據下標引用符號[]的運算規則,我們知道pArray[0][0]其實就是**pArray,而iArray實際上只是個數組變量名,而它的值就是整個數組的開始地址(其實&iArray,iArray,iArray[0]以及&iArray的值都是數組的開始地址,都是在編譯過程中編譯器賦予的值)。那么其實*pArray就已經是iArray[0][0]的值了,也就是1,而**pArray則是去訪問地址為1的地址空間中的數據,自然會出段錯誤。
     其實用指針訪問二維數組可以直接用一級指針就可以了。比如下面這個程序:

int main(){    int iArray[2][3] =    {{1,2,3},{4,5,6}};    int *pArray = NULL;    pArray = iArray;        printf("array[0][0] = %d/n", *pArray);    printf("array[1][2] = %d/n", *(pArray + 1 * 3 + 2));            return 0;}

 因為數組本身在地址空間中就是連續排列的,根據行數和列數,我們自己計算出訪問單元的地址偏移量就可以用一級指針輕松遍歷二維數組中的所有數據了。
我們還可以嘗試用指向數組的指針來訪問二維數組的成員。下面就是事例程序:

int main(){    int iArray[2][3] =    {{1,2,3},{4,5,6}};    int (*pArray)[3] = NULL;    pArray = iArray;        printf("array[0][0] = %d/n", pArray[0][0]);    printf("array[1][2] = %d/n", pArray[1][2]);            return 0;}

 簡單分析一下這個程序:我們知道[]運算符的結合方向是由左向右,pArray[1][2]就等價于(* (pArray + 1))[2],而由于pArray是數組指針,而且數組的長度為3,所以* (pArray + 1)就表示iArray[1]這個數組,則pArray[1][2]則就完全等價于iArray[1][2]。
     如果非得想用二級指針來訪問二維數組的話,我們還得借用指針數組(數組內存儲的都是指針類型的數據),下面是事例程序:

int main(){    int iArray[2][3] =    {{1,2,3},{4,5,6}};    int *ipArray[2] = {iArray[0], iArray[1]};    int **pArray = NULL;    pArray = ipArray;        printf("array[0][0] = %d/n", pArray[0][0]);    printf("array[1][2] = %d/n", pArray[1][2]);            return 0;}

   由于二級指針要跳兩次,所以中間還需要額外的存儲一級指針的空間。所以一般不建議用二級指針去訪問二維數組。

眾所周知,指針實質就是地址!一個變量的地址即稱為此變量的“指針”。如果有這樣一種變量:它的存儲單元里存放的是其它變量的地址!我們就稱之為“指針變量”。(請注意兩者之間的區別:兩個完全不同的概念!)
我們都知道,數組名和函數名就是它們的入口地址。同理,一個變量名其實也是此變量的所在地址!C語言中有一種運算符為“&”:取址運算符。因為數組名與函數名本身代表的就是地址,通常不會對并且也不能對它們進行取址操作或其它運算操作(其實對于函數名的直接引用與對它取址是等價的)。這也是它們被稱為“常量”的原因!但對于一個變量來講,情況就不一樣了。要想獲得它的地址,就必須進行“&”運算,盡管它本身表示的也是地址值!而對變量直接進行引用得到卻是它所在的內存單元的數據內容!“指針變量”作為一種變量當然也不能例外!只不過它與其它普通變量的差別是,它的內容是其它變量(包括“指針變量”)的地址,在WIN32上,它的大小恒為32位,4BYTE。而普通變量則不會有大小上的限制!對指針變量所指向的地址的數據內容的獲取則是通過操作符“*”。在理解上我們將“提領操作符*”視為類型的一部分,并且這種數據類型是一種變量地址類型(均對每一個“*”而言)!
只要明白了以上常識,“指針”將不會再是程序設計中的“攔路虎”!
從內存的存儲映象的角度來講,C的規則數組(不包括通過數據結構設計的多維數組)不存在多維,也就是說所有的數組本質上都是一維的,而一級指針就等價于一維數組!關鍵的不同在于多維數組與一維數組語義上的差別!而我們理解多維數組通常將之形象地描述成“矩陣”形式。更為精確的理解是多維數組的每個元素就是一個數組,如此遞歸下去直至最后每個元素是一個簡單的變量類型,最終得到的就是一個特殊的一維數組!

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