【原創】淺談指標（十三）指向陣列的指標

計算機知識雜談發表於2022-05-10
指標陣列

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前言

這兩天又在首頁看見指標的文章了，隨手再來寫一篇。本來想先寫static的下集的，後來發現似乎寫的有些問題，草稿已經在寫了，預計後面不久再發布。
指標其實是C++或是C語言中必不可少的一部分。即使說，很多情況下我們並不會直接使用到指標，但是指標的一些知識同樣在其它的地方（哪怕看似和指標無關的地方）奏效。

1.預備知識的複習

1.1.陣列

陣列在表示式中，其最高一維會被轉化為指標。對於一維陣列，其呈現的形態就是在表示式中轉化為指標。函式的引數也是表示式。

#include<iostream>
using namespace std;
void func(char s[]){
  cout<<sizeof(s)<<endl;
}
int main(){
  char s[]="hello";
  cout<<sizeof(s)<<endl;
  func(s);
}

在64位環境下的輸出：

6
8

1.2.VLA

在C99中，對於非static修飾的區域性變數，可以在定義中，陣列的元素寫成變數，這一功能叫做可變長陣列（Variable Length Array，簡稱VLA）。
下面是一段倒序輸出陣列的程式碼：

#include<iostream>
using namespace std;

int main(){
    int n;
    cin>>n;
    int s1[n];
    for(int i=0;i<n;i++)cin>>s1[i];
    for(int i=n-1;i>=0;i--)cout<<s1[i]<<" ";
}

其中，"int s1[n]"一句就是運用到了可變長陣列。
但在C11中，VLA降為了可選功能，而且VLA只能使用在非static的區域性變數，用途相比起來也比較有限。當然，很多情況下還是使用這一功能比較方便。

2.指向陣列的指標

指標既然可以指向單個元素，因此也可以指向其他的內容，例如陣列。

2.1.指向二維陣列

二維陣列的型別是int [][]，放入表示式中，最高一維會被轉化為指標，也就是int (*)[]。我們就可以使用這樣型別的指標來指向這個二維陣列。

#include<iostream>
using namespace std;

int main(){
    int a[2][3]={1,2,3,4,5,6};
    for(int i=0;i<2;i++){
        for(int j=0;j<3;j++){
            cout<<a[i][j]<<" ";
        }
        cout<<endl;
    }
    
    int (*p)[3]=a;
    for(;p!=&a[2];p++){
        for(int j=0;j<3;j++){
            cout<<(*p)[j]<<" ";
        }
        cout<<endl;
    }
}

在程式碼的第13行中，宣告瞭int (*p)[3]，它表示“指向元素個數為3的陣列的指標”。
之前的文章中提到過網頁連結，二維陣列在記憶體中是連續排列的：

如果使用普通的int*指標指向這個陣列，每次前進的是sizeof(int)個位元組：

而使用“指向陣列的指標”，每次前進的是這個陣列的大小（即int[3]的大小，3*sizeof(int)）
如圖所示，一次就前進了0x0c。

2.2.注意事項

指向陣列的指標，型別表示：int (*a)[2];
而在表示式中，二維陣列int a[2][2];的最高一維轉化為了指標，因此就變為了“指向陣列的指標”。

另外，“指向陣列的指標”和“指向陣列首個元素的指標”是截然不同的。在表示式中，陣列的最高維會被轉化為指標，此時的指標，指的是“指向陣列初始元素的指標”。

int (*array_p)[3];

可以用來宣告一個指向“長度為3的陣列”的指標。

在陣列前，加上&取地址，返回的就是指向陣列的指標：

int array[3];
int (*array_p)[3];

array_p=&array;

原本是int[3]型別，加上一層*，結果就是int (*)[3]。
對於scanf在輸入字串的時候，很多人還是這樣寫的：

scanf("%s",&s);

這樣寫看似沒有問題（實際上，由於後面的s在可變長引數中，沒有原型宣告，也不會出問題），但是是錯誤的寫法。因為s是陣列，因此加上&後變為了“指向陣列的指標”，而%s只需要傳入一個指向char的指標。
對於指向陣列的指標，+1之後，真正加上的是它指向的陣列的長度。（由於指標前進1，前進的是它所指向的值的大小）參考下圖：

2.3.陣列與指標之間的轉化

  • 規則：在表示式中，陣列的最高一維會被轉化為指標。
    • 特例1：對於sizeof(表示式)的形態，這是一個特例。（否則陣列的長度是無法輸出的）
    • 特例2：在初始化char陣列的時候，編譯器會自動把它解釋為初始化的列表。
char s[]="abc";

本質上是：

char s[]={'a','b','c','\0'};

的簡便寫法。這種解讀只有在初始化列表的時候可行。

  • 規則2：當陣列解讀為指標時，這個指標不可作為左值。
    • 左值在英語中稱為"lvalue"，但是l並不代表left，而是locator（表示位置的事物）的意思。本質上，左值就是指可以出現在表示式的左邊，確切的說，就是有自己的記憶體空間，可以被賦值的東西、
    • 例如a=3中，a就是左值。而在a+1=3賦值語句中，由於a+1沒有自己的記憶體空間，無法被賦值，因此它不是左值。

例如：

char s[10];
s="abc";

這段程式碼是錯誤的。

2.4.應用

在函式的引數中，二維陣列會被解讀為指向陣列的指標。

int f(int a[10][10]);

與下面等價：

int f(int a[][10]);
int f(int (*a)[10]);

但是注意，不能這麼寫：

int f(int a[][]);

因為指向陣列的指標需要知道它的長度，不然在a++的時候，就不知道前進多少位置了。
當第二維的數字是2的時候，每次的前進是這樣的：

而當第二維的數字為5，每次的前進是這樣的：

而最高一維可以省略，因為無論最高維是多少，都和前進的位元組數無關。
對於陣列a[m][n]，二維陣列的公式是a[i][j]=*(*(a+i)+j)。本質上說，二維陣列可以看做“陣列的陣列”。
其中(a+i)每一次增加的長度也就是sizeof(a[i])，而sizeof(a[i])取決於它指向的內容（a可看做指向陣列的指標，它的指向是j相關的一維），因此長度就是isizeof(int)n。
而(a+i)+j中，加上的j前進的長度是sizeof(int)。

由此，我們可以看出，二維陣列的定址和j無關。

完。

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