《C专家编程》数组和指针并不同--多维数组

Posted 2020-07-05 岳飞传

《C专家编程》数组和指针并不同

标签（空格分隔）： 程序设计论著笔记

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1. 背景理解

1.1 区分定义与声明 p83

• 声明相当于普通声明：它所说明的并非自身，而是描述其他地方创建的对象，声明可以多次出现；
• 定义相当于特殊声明：它可以为对象分配内存，只能出现在一个地方。

1.2 数组和指针的访问方式

• 左值和右值
           X = Y ;
  
  • 符号X的含义是X所代表的地址，这被称为左值，左值在编译时可知，左值表示存储结果的地方。
  • 符号Y的含义是Y所代表的地址的内容，这被称为右值，右值直到运行时可知，如无特别说明，右值表示“Y的内容”。
  • 注：数组名可以用于确定对象在内存中的位置，也是左值，但它不能作为赋值对象，因此数组名是个左值但不是可修改的左值。
• 数组和指针如何被访问
  
  • 数组：char a[9]="abcdefgh";... c=a[i];
    编译器符号表具有一个地址，9980，运行步骤1：取i的值，将它与9980相加，运行步骤2，去地址（9980+i)的内容。
  • 指针：char* p ... c=*p;,其高速编译器p是一个指针（在许多现代的机器里它是四个字节对象），它指向的对象是一个字节。为了取得这个字符，必须得到地址p的内容，把它作为字符的地址并从这个地址中取得这个字符。指针的访问要灵活的多，但要增加一次额外提取：
    编译器有一个符号p,它的地址为4624，运行时步骤1，取地址4624的内容，就是‘5081’；运行步骤2：取地址5081的内容。

2. 数组与指针的区别

2.1 不同点：

序号	指针	数组
1	保存数据的地址	保存数据
2	间接访问数据，首先取得指针的内容，把它作为地址，然后从这个地址提取数据。如果指针有一个下标[i],就把指针的内容加i作为地址，从中提取数据	直接访问数据，a[i]只是简单的以a+i为地址取得数据
3	通常用于动态数据结构	通常用于存储固定数目且数据类型相同的元素
4	先关函数为malloc(),free()	隐士分配和删除
5	通常指向匿名数据	自身即为数据明

注！注！注！
数组和指针都可以在他们的定义中使用字符串常量进行初始化，尽管看上去一样，但底层机制不一样。
定义指针时，编译器并不为指针所指向的对象分配空间，它只是分配指针本身的空间，除非在定义的同时赋给指针一个字符串常量进行初始化。
char *p="breadfruit";
注意只有对字符串常量才是如此。不能指望浮点数之类的常量分配空间，如：
float *pip=3.14;/*错误，无法编译通过*/
在ANSI C中，初始化指针所创建的字符串常量被定义为只读（存储在静态区）。如果试图通过指针修改这个字符串的值，程序出现未定义（出错）
数组也可以用字符串进常量进行初始化：
char a[]="gooseberry";
与指针相反，由字符串常量初始化的数组是可以修改的(存储在栈中）。其中单个字符在以后可以改变：
strncpy(a,"black",5);

2.2 相同点：

• tips:所有作为函数参数的数组名总是可以通过编译器转换为指针，且被当做指向该数组第一个元素的指针。
  编译器只向函数传递数组的地址，而不是整个数组的拷贝，其实处于效率考虑。
  所以，一下形式均合法，且最终被编译器转化为指针形似：

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

  所以，在函数内部，使用sizeof(a)无法得到数组的大小，因为数组a[]在作 为形参时被自动转化为指针，所以sizeof(a)一般为4（存储指针的空间）

• 用a[i]这样的形式对数组进行访问总是被编译器“改写”成或解释为像*(a+i)这样的指针访问。

3. C语言的多维数组

C语言中，定义和引用多维数组唯一的方法是使用数组的数组：

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char carrot[10][20];//声明一个10*20的多维数组
或者声明可以看上去更像“数组的数组”形式
typedef char vegetable[20];
vagetable carrot[10];
不论哪种情况，访问单个字节都可以通过carrot[i][j]的形式，
编译器在编译时会把它解析为*(*(carrot+i)+j)的形式
——————————————————————
tips:C语言的数组就是一维数组：
  当提到C语言中的数组时，就把它看作是一种向量（vector)，也就是某种对象的以为数组，数组的元素可以是另一个数组。

### 3.1 内存中数组的布局：
在C语言多为数组中，最右边的下标是最先变化的，这个约定被称为“行主序”.其实线性存储， a[i][j] 与 *(*(a+i)+j)等价
### 3.2 多维数组初始化:
int a[2][3] = { { 1, 2, 3 }, { 4, 5, 6 } };

3.2 多维数组的声明

指针数组：
char *pea[4]; //一维指针数组，每个指针指向一个字符串，数组的每个元素内为一个char*指针
（注意区别：char(*pea)[4];数组指针，一个指向具有4个字符类型元素的数组）
可以进行如下初始化：
for (j=0;j<=4;j++)
pea[j]=malloc(6);
也可以一次性的用malloc分配整个数组：
malloc(row_size*column_size*sizeof(char));
软件信条：
对于s[i][j]这样形式的原型声明：

int s[2][3];/* int 型 二维 数组*/
int *s[2]; /* int 指针数组，每个指针指向一个含有3个元素的以为一维数组*/
int **s; /* 指向指针的指针*/
int (*s)[3];/* 数组指针，一个指向为int数组（长度为3)的指针

都是由于作为左值的数组名本编译器当做指针。

锯齿状数组：
如果声明一个字符串指针数组，并根据需要为这些字符串分配内存，将会大大节省系统资源：

char* turnip[UMPTEEN]
char my_string[]="your message here";
/*贡献字符串*/
turnip[i]=&my_string[0];
/*拷贝字符串*/
turnip[j]=malloc(strlen(my_string)+1);
strcpy(turnip[j],my_string);

tips: p225
数组和指针参数被编译器的修改规则：

实参		所匹配的形参
数组的数组	char c[2][3]	char(*)[3]	数组指针
指针数组	char *c[2]	char**	指针的指针
数组指针（行指针）	char (*a)[3]	char (*a)[3]	不改变
指针的指针	char **a	char**a	不改变

3.3 使用指针向函数传递一个多维数组

1. func(int array[10][20]);
   这种办法最简单，但作用最小，其迫使你只处理10行20列的int型数组
2. 省略第一维长度：
   func(int array[][20]);
   但其依然限定每行必须是20个整数的长度
   类似的也可以声明为：
   func(int (*array)[20]);传递一个数组指针，数组的长度为20.
3. func(int ** array);
   动态数组形式：二维数组在堆上分配，各行地址空间不一定连续，函数参数使用指针形式:
   为了进一步提高泛用性，把二维数组空间的分配也动态化，使用malloc()在堆上分配空间，重复一下前言中的方式如下：

//1. 数组声明
int **array;
array = (int **)malloc(m *sizeof(int *));
for(i=0;i<M;i++)
    array[i] = (int *)malloc(n *sizeof(int));
这时，在分配空间的作用域里，对0<=i<M,0<=j<N，array[i][j]的访问完全没有问题。那么，对应地，函数写作
//2. 函数声明

int func(int **array,int m,int n) {
    ...
    printf("%d ", *(*(array+i)+j));
    ...
}

值得注意的是，虽然malloc()每次分配的空间在地址上是连续的，但是多次malloc()分配的空间之间并不一定是连续的，这与在栈上分配的二维矩阵有着根本的不同，对于二维数组array[3][3]，不能再用array[1][4]来访问array[2][1]了，前者地址越界。

1. 折中形式：用堆上分配的一维数组表示二维数组，函数参数使用指针形式：
   用一维数组来实现二维数组，是一种折中方案，但是很好理解，也不易出错。这样分配的数组空间是连续的。使用时需要把两维下标转化为一维下标。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
int func(int *array, int m, int n) {
    int i,j;
    for(i=0;i<m;i++) {
        for(j=0;j<n;j++)
            printf("\\t%d",*(array+i*n+j));
        printf("\\n");
    }
    return 0;
}

int main(int argc,char** argv) {
    int m,n,i;
    int *array;
    assert(argc == 3);
    m = atoi(argv[1]);
    n = atoi(argv[2]);
    array = (int*)malloc(m*n*sizeof(int));
    for(i=0;i<m*n;i++)
        array[i] = i;
    func(array,m,n);
    return 0;
}

1. 较新的编译器：用栈上分配的直到执行时才确定大小的二维数组(即C99的变长数组，它允许使用变量定义数组各维）

int quarters = 4;
int regions = 5;
double sales[quarters][regions]; //一个变长数组VAL

变长数组有一些限制：变长数组必须是自动存储类的，意味着它们必须在函数内部或作为函数参数声明，而且声明时不可以进行初始化。
C90不支持这种形式，C99支持，因此一些较新的编译器可以对下面的代码进行执行。注意print()的参数顺序不能改变。

void print(int x, int y, int a[x][y]){
    printf("\\n");
    int i, j;
    for(i = 0; i < x; i++){
        for(j = 0; j < y; j++)
            printf("%d     ", a[i][j]);
        printf("\\n");
    }
}

// Function to initialize the two-dimensional array
void init_2d(int *a, int x, int y){
    int i, j;
    for(i = 0; i < x; i++){
        for(j = 0; j < y; j++){
            a[i*y + j] = i + j;
        }
        printf("\\n");
    }
}

int main(){
    int m , n ;
    scanf("%d %d",&m,&n);
    int a[m][n];  // a two dimensional whose size has been defined using variables
    init_2d(a, m, n);
    print(m, n, a);
}

　这段代码出自http://stackoverflow.com/questions/17181577/two-dimensional-arrays-in-c。

　　（2013.7.28更新）

　　另外，这种分配方式仍然是在栈上，相关讨论可见于http://bbs.csdn.net/topics/90350681。

spf　20160121 二维数组使用测试

1. 动态二维数组，在堆上分配，但存在内存不连续情况

void PrintArray(int **array, int m, int n)
{
    if (array == NULL || (*array) == NULL)
        return;
    printf("********打印二维数组**************\\n");

    for (int i = 0; i < m; i++)
    {
        for (int j = 0; j < n; j++)
            printf("%d   ", array[i][j]);
        printf("\\n");
    }

}
int main()
{
    int M, N;


    printf("请输入二维数组的行和列，以空格隔开：\\n");

    scanf("%d %d", &M, &N);

    int **array=NULL;//声明array[m][n] 二维数组
    array = (int**)malloc(M*sizeof(int*));
    if (array == NULL)
        return -1;
    for (int i = 0; i < M; i++)
    {
        array[i] = (int*)malloc(N*sizeof(int));
        if (array[i] == NULL)
            return -1;
    }


    printf("请输入%d行%d列的二维数组\\n",M,N);
    for (int i = 0; i < M; i++)
        for (int j = 0; j < N; j++)
            scanf("%d", &array[i][j]);
    PrintArray(array, M, N);

    for (int i = 0; i < M; i++)
    {
        free(array[i]);
        array[i] = NULL;
    }

    free(array);
    array = NULL;

    free(NULL);
    system("pause");
    return 0;
}

1. 动态一维数组，当做二维数组使用（推荐）

void Print(int* array, int m, int n)
{
    if (array == NULL)
        return;
    printf("********打印二维数组**************\\n");

    for (int i = 0; i < m; i++)
    {
        for (int j = 0; j < n; j++)
            printf("%d   ", *(array+i*n+j));
        printf("\\n");
    }
}
int main()
{
    int M, N;


    printf("请输入二维数组的行和列，以空格隔开：\\n");

    scanf("%d %d", &M, &N);
    int* array = (int*)malloc(M*N*sizeof(int));
    if (array == NULL)
        return -1;

    printf("请输入%d行%d列的二维数组\\n", M, N);
    for (int i = 0; i < M; i++)
        for (int j = 0; j < N; j++)
            scanf("%d",array+i*N+j);
    Print(array, M, N);

    free(array);
    array = NULL;

    system("pause");
    return 0;
}

4. 参考文献：

1. http://www.cnblogs.com/wuyuegb2312/archive/2013/06/14/3135277.html
2. http://www.cnblogs.com/cpoint/p/3368380.html