舉例理解C語言二維數(shù)組的指針指向問題
之前對數(shù)組的概念一直沒有理解透徹,只覺得數(shù)組名就是個(gè)常量指針而已,用法和基本的指針差不多。所以當(dāng)我嘗試用二級指針去訪問二維數(shù)組時(shí),就經(jīng)常會出錯(cuò)。下面就是剛開始寫的一個(gè)錯(cuò)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(shí)候我是這樣分析的:本來數(shù)組和指針就差不多,一維數(shù)組和一維指針對應(yīng),那么二維數(shù)組名應(yīng)該和二維指針差不多,所以上面那個(gè)程序是沒有錯(cuò)的,應(yīng)該打印出的是1和6。但是當(dāng)我實(shí)際編譯運(yùn)行的時(shí)候,卻出現(xiàn)了段錯(cuò)誤,也就是我訪問了不該訪問的地址空間。那錯(cuò)誤到底出在什么地方呢?正確的程序應(yīng)該怎么寫呢?
為了解決問題,不得不讓我重新理解數(shù)組的含義。仔細(xì)翻閱一些書籍后,我發(fā)現(xiàn)其實(shí)數(shù)組并不是我原來想象的那么簡單:一個(gè)常量指針標(biāo)識的一群變量的集合。數(shù)組應(yīng)該也算是一個(gè)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?yàn)閿?shù)組有大小,所以當(dāng)用sizeof對數(shù)組名進(jìn)行運(yùn)算時(shí),算出來的是實(shí)際數(shù)組的大小,而不是指針的大小。
也正是因?yàn)檫@樣,所以指向數(shù)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(xiàn)在指針步進(jìn)的時(shí)候。我們知道指針在進(jìn)行++運(yùn)算的時(shí)候,跨越的實(shí)際地址取決于指針指向的數(shù)據(jù)類型:對于一般的32位機(jī)來說,假如指向的是int型數(shù)據(jù),跨越的實(shí)際地址就是4,指向的是指針型數(shù)據(jù),跨越的實(shí)際地址也是4,當(dāng)指向的是數(shù)組類型的時(shí)候,跨越的實(shí)際地址就是數(shù)組的長度了。
現(xiàn)在再回頭分析上面那個(gè)錯(cuò)誤程序,根據(jù)下標(biāo)引用符號[]的運(yùn)算規(guī)則,我們知道pArray[0][0]其實(shí)就是**pArray,而iArray實(shí)際上只是個(gè)數(shù)組變量名,而它的值就是整個(gè)數(shù)組的開始地址(其實(shí)&iArray,iArray,iArray[0]以及&iArray的值都是數(shù)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(shí)*pArray就已經(jīng)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(shù)據(jù),自然會出段錯(cuò)誤。
其實(shí)用指針訪問二維數(shù)組可以直接用一級指針就可以了。比如下面這個(gè)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?yàn)閿?shù)組本身在地址空間中就是連續(xù)排列的,根據(jù)行數(shù)和列數(shù),我們自己計(jì)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(shù)組中的所有數(shù)據(jù)了。
我們還可以嘗試用指向數(shù)組的指針來訪問二維數(shù)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(gè)程序:我們知道[]運(yùn)算符的結(jié)合方向是由左向右,pArray[1][2]就等價(jià)于(* (pArray + 1))[2],而由于pArray是數(shù)組指針,而且數(shù)組的長度為3,所以* (pArray + 1)就表示iArray[1]這個(gè)數(shù)組,則pArray[1][2]則就完全等價(jià)于iArray[1][2]。
如果非得想用二級指針來訪問二維數(shù)組的話,我們還得借用指針數(shù)組(數(shù)組內(nèi)存儲的都是指針類型的數(shù)據(jù)),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(shù)組。
眾所周知,指針實(shí)質(zhì)就是地址!一個(gè)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(qū)別:兩個(gè)完全不同的概念!)
我們都知道,數(shù)組名和函數(shù)名就是它們的入口地址。同理,一個(gè)變量名其實(shí)也是此變量的所在地址!C語言中有一種運(yùn)算符為“&”:取址運(yùn)算符。因?yàn)閿?shù)組名與函數(shù)名本身代表的就是地址,通常不會對并且也不能對它們進(jìn)行取址操作或其它運(yùn)算操作(其實(shí)對于函數(shù)名的直接引用與對它取址是等價(jià)的)。這也是它們被稱為“常量”的原因!但對于一個(gè)變量來講,情況就不一樣了。要想獲得它的地址,就必須進(jìn)行“&”運(yùn)算,盡管它本身表示的也是地址值!而對變量直接進(jìn)行引用得到卻是它所在的內(nèi)存單元的數(shù)據(jù)內(nèi)容!“指針變量”作為一種變量當(dāng)然也不能例外!只不過它與其它普通變量的差別是,它的內(nèi)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(shù)據(jù)內(nèi)容的獲取則是通過操作符“*”。在理解上我們將“提領(lǐng)操作符*”視為類型的一部分,并且這種數(shù)據(jù)類型是一種變量地址類型(均對每一個(gè)“*”而言)!
只要明白了以上常識,“指針”將不會再是程序設(shè)計(jì)中的“攔路虎”!
從內(nèi)存的存儲映象的角度來講,C的規(guī)則數(shù)組(不包括通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多維數(shù)組)不存在多維,也就是說所有的數(shù)組本質(zhì)上都是一維的,而一級指針就等價(jià)于一維數(shù)組!關(guān)鍵的不同在于多維數(shù)組與一維數(shù)組語義上的差別!而我們理解多維數(shù)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(shù)組的每個(gè)元素就是一個(gè)數(shù)組,如此遞歸下去直至最后每個(gè)元素是一個(gè)簡單的變量類型,最終得到的就是一個(gè)特殊的一維數(shù)組!
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