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,就經(jīng)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(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,所以上面那個程序是沒有錯的,應(yīng)該打印出的是1和6。但是當(dāng)我實際編譯運行的時候,卻出現(xiàn)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(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)其實數(shù)組并不是我原來想象的那么簡單:一個常量指針標(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(shù)組有大小,所以當(dāng)用sizeof對數(shù)組名進行運算時,算出來的是實際數(shù)組的大小,而不是指針的大小。
也正是因為這樣,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(shù)據(jù)類型:對于一般的32位機來說,假如指向的是int型數(shù)據(jù),跨越的實際地址就是4,指向的是指針型數(shù)據(jù),跨越的實際地址也是4,當(dāng)指向的是數(shù)組類型的時候,跨越的實際地址就是數(shù)組的長度了。
現(xiàn)在再回頭分析上面那個錯誤程序,根據(jù)下標(biāo)引用符號[]的運算規(guī)則,我們知道pArray[0][0]其實就是**pArray,而iArray實際上只是個數(shù)組變量名,而它的值就是整個數(shù)組的開始地址(其實&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*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),自然會出段錯誤。
其實用指針訪問二維數(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(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; }
簡單分析一下這個程序:我們知道[]運算符的結(jié)合方向是由左向右,pArray[1][2]就等價于(* (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]這個數(shù)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(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,指針實質(zhì)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(qū)別:兩個完全不同的概念!)
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(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行取址操作或其它運算操作(其實對于函數(shù)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(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“*”而言)!
只要明白了以上常識,“指針”將不會再是程序設(shè)計中的“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)組的每個元素就是一個數(shù)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(shù)組!
欄 目:C語言
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本文標(biāo)題:舉例理解C語言二維數(shù)組的指針指向問題
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