C中的多维数组：它们是锯齿状的吗？

Posted 2023-02-23

【中文标题】C中的多维数组：它们是锯齿状的吗？

【英文标题】：Multi-Dimensional Arrays in C: are they jagged?

【发布时间】：2014-03-04 16:41:00

【问题描述】：

关于 C 编程语言 (ANSI-C) 的一个简单问题：

C 中的多维数组是锯齿状的吗？

我的意思是——我们是在谈论“数组数组”（一个指向内存中其他地址的指针数组），还是只是“长一维数组”（按顺序存储在内存中）？

令我困扰的是，我有点确定：

matrix[i][j] 等价于* ( * (matrix + i) + j)

【问题讨论】：

这取决于你将如何分配内存。

@KarthikSurianarayanan 当然。我说的是多维数组的常规声明，例如：int matrix[3][4];

@programmer 为您自己获取一份 C99 标准的副本。它非常有用，请阅读第 70 页。

@tesseract 但我说的是 ANSI-C（我有《The C Programming Language 2nd edition》一书）。

【参考方案1】：

C 中的多维数组是连续的。以下：

int m[4][5];

由 4 个int[5]s 组成，在内存中彼此相邻。

指针数组：

int *m[4];

是锯齿状的。每个指针都可以指向不同长度的单独数组（的第一个元素）。

m[i][j] 等价于*(*(m+i)+j)。请参阅C11 standard，第 6.5.2.1 节：

下标运算符[]的定义是E1[E2]等同于(*((E1)+(E2)))

因此，m[i][j] 等价于(*(m+i))[j]，后者等价于*(*(m+i)+j)。

之所以存在这种等价性，是因为在大多数情况下，数组类型的表达式会衰减为指向其第一个元素的指针（C11 标准，6.3.2.1）。 m[i][j] 解释如下：

m 是一个数组数组，因此它衰减为指向第一个子数组 m[0] 的指针。 m+i 是指向m 的ith 子数组的指针。 m[i] 等价于*(m+i)，取消引用指向m 的ith 子数组的指针。由于这是一个数组类型的表达式，它会衰减为指向 m[i][0] 的指针。 m[i][j] 等价于 *(*(m+i)+j)，解引用指向 m 的 ith 子数组的 jth 元素的指针。

请注意，指向数组的指针不同于指向其第一个元素的指针。 m+i 是指向数组的指针；它不是数组类型的表达式，并且无论是指向指针的指针还是指向任何其他类型的指针，它都不会衰减。

【讨论】：

m+i 是一个指针类型的表达式。本例中的类型为int (*)[N]，其中 N 是次维度的声明宽度。如果传递了m + i，则函数参数应该相应地声明为指向这种类型的指针，就像传递m 一样。 （或者直接声明int param[][N]，它们是等价的）。

@WhozCraig:int (*)[N] 是一个指向整数数组的指针，而不是数组本身。

好吧，我把最后一段读了六遍，终于在我脑海中浮现出来，对不起，多余的帖子，你没看错。是“不腐烂”（我在那个音符上绝对讨厌的一个词，标准也是如此）让我感到震惊。 +1 顺便说一句

@WhozCraig：是的，我认为标准从来没有使用过这个词。 6.3.2.1 第 3 部分说“类型为 ''array of type'' 的表达式被转换为类型为 ''pointer to type'' 的表达式”，但是“衰变”对 Google 来说更容易。

我在 SO 这个词的来源上问了很久。任何人都可以找到的最古老的参考是 1987 年。我只是讨厌这个术语，因为它推断出在运行时采取的功能性操作，并且不存在这样的操作。在讨论差异时，我经常简单地说，“指针是保存地址的变量（并且有自己独立的不同地址）；数组是是地址的变量（当分配给指针 =P) 时，它们的“值”就是所说的地址。

【参考方案2】：

一个连续的内存区域：

int arr[N][M];

非连续的内存区域：

int** arr = malloc(N*sizeof(int*));
for (int i=0; i<N; i++)
    arr[i] = malloc(M*sizeof(int));

在这两种情况下，您都可以将arr 用作二维数组（例如arr[1][2] = 3）。但您可以安全地应用更大的复制操作，例如 memset(arr,0,N*M*sizeof(int))，仅在第一种情况下。

【讨论】：

我认为 matrix[i][j] 等同于 *(*(matrix + i) + j) 是不是错了？

是的。您可以在这两种情况下使用matrix[i][j]，但您只能在第二种情况下使用*(*(matrix + i) + j)。如果您尝试将其用于静态声明的数组 (matrix[N][M])，那么您很可能会在“外部 *”中执行非法内存访问。

@Elias Van Ootegem，这不正是我在评论中所说的吗？ OP问“我错了吗”。我回答“是”并举了一个例子。

这两种情况都可以使用*(*matrix+i)+j)；根据索引运算符的定义，它完全等同于matrix[i][j]。

@barakmanos: rofl... 只是继续是和“一样吗？”，并注意到我在同样的方式：“我错了吗...？” > 是

【参考方案3】：

这取决于。

C 中的多维数组是按顺序排列的。

如果你想使用指针，你可以创建交错数组。

【讨论】：

谢谢，我也会复制我写给 Klas Lindback 的内容：那么，为什么 matrix[i][j] 等价于 *(*(matrix + i) + j)，如果我们在谈论一维数组？这令人困惑。

这不等同于@Programmer。这意味着任何位于由matrix + i 加上j 指向的地址所指向的地址。这将假定matrix+i+j 包含一个指针。这可能会给你一个 sigsegv

等价于*(matrix +i + j)

谢谢，但这不是我的输出显示的内容。请尝试运行以下程序，并查看输出（我的输出是“错误的”）：#include int main(void) int i, j;整数矩阵[3][2] = 1, 2, 3, 4, 5, 6 ; for (i = 0; i

所以我可能很困惑。不是多维数组吗？如果是这样，如果我没有像你说的那样使用指针，为什么会出现锯齿状？

【参考方案4】：

如果你声明一个多维数组，你会得到“长一维数组”（它是按顺序存储在内存中的）。

如果你声明一个指向指针的指针（指向指针......），你会得到数组的数组。

这种差异是 C 初学者很困惑的根源。

【讨论】：

谢谢。那么，如果我们谈论一维数组，为什么 matrix[i][j] 等价于 *(*(matrix + i) + j)？这令人困惑。

@Programmer 不是。它甚至应该在编译时给你一个错误。 *(matrix + i + j * dim_1) 等价于 matrix[i][j]，其中 dim_1 是主要组件的元素数。

嗯。不，那些甚至不一样。首先，*(matrix + i + j * dim_1) 将导致int(*)[N] 位于matrix[i+j*dim_1]，这与 OP 的表达式完全不同。其次，如果这个 故意作为单个线性 1-dim 完成，则索引将是 (ar + idim_0 + j) 以等同于在int mat[dim_1][dim_0]; 的二维声明矩阵中成为mat[i][j]（我认为，这就是您想要表达的内容）。

@Programmer matrix[i][j] 的元素是按顺序存储的，就像一维数组一样，但从概念上讲它是二维的。 matrix[i][j] 与 matrix[i][j+1] 相邻，而 matrix[i][j] 位于 dim_1 ints 远离 matrix[i+1][j]。

【参考方案5】：

一个或多个数组，例如int matrix[A][B] 不是锯齿状的，因为matrix 的每个元素都是array of B int。

您想知道*(*(matrix+i)+j) 的结果是并将其与matrix[i][j] 的结果进行比较。

由于matrix的类型是array of A array of B int，那么表达式matrix+i是一个指向matrix的itharray of B int的指针，它的类型是int (*)[B]。取消引用此表达式会产生 array of B int。表达式*(matrix+i)+j) 产生一个指向该数组的jth int 的指针。取消引用该表达式会产生 int。这相当于表达式matrix[i][j] 的作用。

_{一个指针数组，例如int *matrix[A]，可能是锯齿状的，因为matrix 的每个元素可能指向不同大小的分配。}

【讨论】：

我认为 matrix[i][j] 等同于 *(*(matrix + i) + j) 是不是错了？

不，但是matrix 的类型对于弄清楚添加的实际作用很重要。

如果矩阵是这样声明的：int matrix[2][3];说 matrix[1][2] 就像写 *(*(matrix + 1) + 2) 有错吗？

【参考方案6】：

你是对的，matrix[i][j] 等价于*(*(matrix + i) + j)，因为arr[i] 等价于*(arr + i)。但是，请记住，如果 arr 被声明为

int arr[64];

那么任何对arr 的引用都可以隐式转换为&arr[0]，即指向第一个元素的指针。数组数组也会发生同样的事情：

int matrix[8][8];

这里matrix 的类型为int[8][8]，当您向其添加整数时，它会自动转换为int (*)[8]，如matrix + i。那么*(matrix + i) 的类型为int[8]，当您添加j 时，它再次转换为int *，因此*(matrix + i) + j 的类型为int *，因此*(*(matrix + i) + j) 的类型为int，正如预期的那样。

所以重点是，数组不是指针，只是它们可以隐式转换为指向其第一个元素的指针。

因此，如果您像上面那样分配数组的数组 (int matrix[8][8];)，那么所有元素在内存中都是连续的。