C语言多维数组与多级指针

Posted 2022-05-06 流水mpc

一、二维数组1、假想中的二维数组布局
我们前面讨论过，数组里面可以存任何数据，除了函数。下面就详细讨论讨论数组里面存数组的情况。Excel 表，我相信大家都见过。我们平时就可以把二维数组假想成一个excel表，比如：
   char a[3][4];

2、内存与尺子的对比
实际上内存不是表状的，而是线性的。见过尺子吧？尺子和我们的内存非常相似。一般尺子上最小刻度为毫米，而内存的最小单位为1 个byte。平时我们说32 毫米，是指以零开始偏移32 毫米；平时我们说内存地址为0x0000FF00 也是指从内存零地址开始偏移0x0000FF00 个byte。既然内存是线性的，那二维数组在内存里面肯定也是线性存储的。实际上其内存布局如下图：
以数组下标的方式来访问其中的某个元素：a[i][j]。编译器总是将二维数组看成是一个一维数组，而一维数组的每一个元素又都是一个数组。a[3]这个一维数组的三个元素分别为：
a[0],a[1],a[2]。每个元素的大小为sizeof（a[0]）,即sizof(char)*4。由此可以计算出a[0],a[1],a[2]三个元素的首地址分别为& a[0]，& a[0]+ 1*sizof(char)*4，& a[0]+ 2*sizof(char)*4。亦即a[i]的首地址为& a[0]+ i*sizof(char)*4。这时候再考虑a[i]里面的内容。就本例而言，a[i]内有4个char 类型的元素，其每个元素的首地址分别为&a[i]，&a[i]+1*sizof(char)，&a[i]+2*sizof(char)&a[i]+3*sizof(char)，即a[i][j]的首地址为&a[i]+j*sizof(char)。再把&a[i]的值用a 表示，得到a[i][j]元素的首地址为：a+ i*sizof(char)*4+ j*sizof(char)。同样，可以换算成以指针的形式表示：*(*(a+i)+j)。

经过上面的讲解，相信你已经掌握了二维数组在内存里面的布局了。下面就看一个题：
#include <stdio.h>
intmain(int argc,char * argv[])

   int a [3][2]=(0,1),(2,3),(4,5);
   int *p;
   p=a [0];
   printf("%d",p[0]);

问打印出来的结果是多少？

很多人都觉得这太简单了，很快就能把答案告诉我：0。不过很可惜，错了。答案应该是1。如果你也认为是0，那你实在应该好好看看这个题。花括号里面嵌套的是小括号，而不是花括号！这里是花括号里面嵌套了逗号表达式！其实这个赋值就相当于
   int a [3][2]= 1, 3,5;
所以，在初始化二维数组的时候一定要注意，别不小心把应该用的花括号写成小括号
了。

3、&p[4][2] - &a[4][2]的值为多少？
上面的问题似乎还比较好理解，下面再看一个例子：
   int a[5][5];
   int (*p)[4];
   p = a;
问&p[4][2] - &a[4][2]的值为多少？

这个问题似乎非常简单，但是几乎没有人答对了。我们可以先写代码测试一下其值，然后分析一下到底是为什么。在Visual C++6.0 里，测试代码如下：
intmain()

   int a[5][5];
   int (*p)[4];
   p = a;
   printf("a_ptr=%#p,p_ptr=%#p\\n",&a[4][2],&p[4][2]);
   printf("%p,%d\\n",&p[4][2] - &a[4][2],&p[4][2] - &a[4][2]);
   return 0;

经过测试，可知&p[4][2] - &a[4][2]的值为-4。这到底是为什么呢？下面我们就来分析一下：前面我们讲过，当数组名a 作为右值时，代表的是数组首元素的首地址。这里的a 为二维数组，我们把数组a 看作是包含5 个int 类型元素的一维数组,里面再存储了一个一维数组。

如此，则a 在这里代表的是a[0]的首地址。a+1 表示的是一维数组a 的第二个元素。a[4]表示的是一维数组a 的第5 个元素，而这个元素里又存了一个一维数组。所以&a[4][2]表示的是&a[0][0]+4*5*sizeof(int) + 2*sizeof(int)。

根据定义，p 是指向一个包含4 个元素的数组的指针。也就是说p+1 表示的是指针p 向后移动了一个“包含4 个int 类型元素的数组”。这里1 的单位是p 所指向的空间，即4*sizeof(int)。所以，p[4]相对于p[0]来说是向后移动了4 个“包含4 个int 类型元素的数组”，即&p[4]表示的是&p[0]+4*4*sizeof(int)。由于p 被初始化为&a[0]，那么&p[4][2]表示的是&a[0][0]+4*4*sizeof(int)+2* sizeof(int)。

再由上面的讲述，&p[4][2] 和&a[4][2]的值相差4 个int 类型的元素。现在，上面测试出来的结果也可以理解了吧？其实我们最简单的办法就是画内存布局图：
这里最重要的一点就是明白数组指针p 所指向的内存到底是什么。解决这类问题的最好办法就是画内存布局图。
二、二级指针 1、二级指针的内存布局
二级指针是经常用到的，尤其与二维数组在一起的时候更是令人迷糊。例如：
   char **p;
定义了一个二级指针变量p。p 是一个指针变量，毫无疑问在32 位系统下占4 个byte。

它与一级指针不同的是，一级指针保存的是数据的地址，二级指针保存的是一级指针的地址。下图帮助理解： 我们试着给变量p 初始化：
A)
p = NULL;
B)
char *p2; p = &p2;
任何指针变量都可以被初始化为NULL（注意是NULL，不是NUL，更不是null），二级指针也不例外。也就是说把指针指向数组的零地址。联想到前面我们把尺子比作内存，如果把内存初始化为NULL，就相当于把指针指向尺子上0 毫米处，这时候指针没有任何内存可用。

当我们真正需要使用p 的时候，就必须把一个一级指针的地址保存到p 中，所以B）的赋值方式也是正确的。

给p 赋值没有问题，但怎么使用p 呢？这就需要我们前面多次提到的钥匙（“*”）。
第一步：根据p 这个变量，取出它里面存的地址。
第二步：找到这个地址所在的内存。
第三步：用钥匙打开这块内存，取出它里面的地址，*p 的值。
第四步：找到第二次取出的这个地址。
第五步：用钥匙打开这块内存，取出它里面的内容，这就是我们真正的数据，**p 的值。

我们在这里用了两次钥匙（“*”）才最终取出了真正的数据。也就是说要取出二级指针所真正指向的数据，需要使用两次两次钥匙（“*”）。