指向二维数组的指针的类型是啥？

Posted 2023-02-23

【中文标题】指向二维数组的指针的类型是啥？

【英文标题】：What is the type of a pointer to a 2D array?指向二维数组的指针的类型是什么？

【发布时间】：2018-01-06 15:54:27

【问题描述】：

我知道以下不正确：

int arr[2][3] = ; //some array initialization here
int** ptr;
ptr = arr;

但我很惊讶以下几行确实有效

int arr[2][3] = ; //some array initialization here
auto ptr = arr;
int another_arr[2][3] = ; //some array initialization here
ptr = another_arr;

谁能解释第二个代码块中分配给 ptr 的类型是什么，以及下面发生了什么？

【参考方案1】：

好吧，当几乎在任何地方使用时，数组都会衰减为指针。所以很自然地，你的代码 sn-p 也会发生衰减。

但只有“最外层”的数组维度会衰减为指针。由于数组是行优先的，因此您最终会以 int (*)[3] 作为指针类型，它是指向一维数组的指针，而不是二维数组。它指向第一个“行”。

如果您希望 ptr 的推导成为 指向数组的指针，则使用 address-of 运算符：

auto ptr = &arr;

现在ptr 是int(*)[2][3]。

【讨论】：

对不起，如果这是一个愚蠢的问题，但是如果我不使用关键字auto，我应该如何在开头声明ptr的类型？谢谢。

@R.Xin - 使用稍微复杂的语法int (* ptr )[3] = arr; 如果他们需要经常重复这样的声明，大多数人会 typedef。

@R.Xin 如果你想使用 StoryTeller 建议的 typedef，我推荐typedef int MyArr[3]; MyArr* ptr;

@user2079303 - 关于隐藏指针语义的弊端的重要观点！

@StoryTeller 我修正了评论，谢谢。数组大小与类型分离的事实对我来说是反直觉的。我认为using MyArr = int[3] 会更好。

【参考方案2】：

在

auto ptr = arr;

arr 以正常方式衰减为指向其第一个元素的指针；相当于

auto ptr = &arr[0];

由于arr[0] 是三个ints 的数组，因此ptr 成为int (*)[3] - 指向int[3] 的指针。

another_arr 以完全相同的方式衰减，所以在

ptr = another_arr;

赋值的两边都有int (*)[3] 类型，您可以将T* 分配给T* 用于任何类型T。

指向arr 的指针本身的类型为int(*)[2][3]。

如果你想要一个指向数组的指针而不是指向数组第一个元素的指针，你需要使用&:

auto ptr = &arr; 

【参考方案3】：

首先，让我们看看为什么不能将int arr[2][3] 分配给int **。为了更易于可视化，我们将使用序列初始化您的数组，并考虑它在内存中的样子：

int arr[2][3] = 1,2,3,4,5,6;

在内存中，数组数据存储为单个块，就像一个常规的一维数组：

arr: [ 1, 2, 3, 4, 5, 6 ]

变量arr 包含该块的开始地址，并且根据它的类型（int[2][3]），编译器知道将像arr[1][0] 这样的索引解释为“取位于位置（1 *2 + 0) 在数组中”。

但是，对于指针指针 (int**)，指针指针应该包含单个内存地址或内存地址数组，并且 this/these address(es) 指向(an) 其他单个 int 值或 int 数组。假设我们将数组arr 复制到int **ptrptr 中。在记忆中，它看起来像这样：

ptrptr:     [0x203F0B20, 0x203F17D4]
0x203F0B20: [ 1, 2, 3 ]
0x203F17D4: [ 4, 5, 6 ]

因此，除了实际的int 数据之外，还必须为数组的每一行存储一个额外的指针。不是将两个索引转换为单个数组查找，而是必须通过进行第一次数组查找（“获取 ptrptr 中的第二个值以获取 int*”），然后进行另一个数组查找（“获取之前获得的 int*") 所持有的地址处的数组。

这是一个说明这一点的程序：

#include <iostream>

int main()

    int arr[2][3] = 1,2,3,4,5,6;

    std::cout << "Memory addresses for int arr[2][3]:" << std::endl;
    for (int i=0; i<2; i++)
    
        for (int j=0; j<3; j++)
        
            std::cout << reinterpret_cast<void*>(&arr[i][j]) << ": " << arr[i][j] << std::endl;
        
    

    std::cout << std::endl << "Memory addresses for int **ptrptr:" << std::endl;
    int **ptrptr = new int*[2];
    for (int i=0; i<2; i++)
    
        ptrptr[i] = new int[3];
        for (int j=0; j<3; j++)
        
            ptrptr[i][j] = arr[i][j];
            std::cout << reinterpret_cast<void*>(&ptrptr[i][j]) << ": " << ptrptr[i][j] << std::endl;
        
    

    // Cleanup
    for (int i=0; i<2; i++)
    
        delete[] ptrptr[i];
        ptrptr[i] = nullptr;
    
    delete[] ptrptr;
    ptrptr = nullptr;

    return 0;

输出：

Memory addresses for int arr[2][3]:
0x7ecd3ccc0260: 1
0x7ecd3ccc0264: 2
0x7ecd3ccc0268: 3
0x7ecd3ccc026c: 4
0x7ecd3ccc0270: 5
0x7ecd3ccc0274: 6

Memory addresses for int **ptrptr:
0x38a1a70: 1
0x38a1a74: 2
0x38a1a78: 3
0x38a1a90: 4
0x38a1a94: 5
0x38a1a98: 6

请注意，arr 的内存地址总是增加 4 个字节，但对于 ptrptr，值 3 和 4 之间有 24 个字节的跳跃。

一个简单的赋值不能创建类型int **所需的指针到指针结构，这就是为什么在上面的程序中循环是必要的。它可以做的最好的事情是将int[2][3]类型衰减为指向该数组行的指针，即int (*)[3]。这就是您的auto ptr = arr; 的最终结果。

【讨论】：

啊，我现在才看到你已经展示了arr内存的初始化，很高兴看到这个深入的解释:-)

【参考方案4】：

[...]的类型是什么

您是否已经尝试让编译器告诉您表达式的类型？

int main()

    int arr[2][3] = 0,1,2, 3,4,5;  // <-- direct complete initialized here

    auto ptr = arr;                     // <-- address assignment only

    cout << "arr: " << typeid(arr).name() << endl;
    cout << "ptr: " << typeid(ptr).name() << endl;
    return 0;

我不得不承认输出

arr: A2_A3_i
ptr: PA3_i

乍一看似乎不太可读（与其他一些语言相比），但如果有疑问，它可能会有所帮助。它非常紧凑，但很快就会习惯。编码依赖于编译器，如果你使用 gcc，你可以阅读Chapter 29. Demangling 来了解如何。

编辑：

对一些 simple_cpp_name 函数进行一些实验，比如这个基本的 hack

#include <typeinfo>
#include <cxxabi.h>
#include <stdlib.h>
#include <string>

std::string simple_cpp_name(const std::type_info& ti)

    /// simplified code extracted from "Chapter 29. Demangling"
    /// https://gcc.gnu.org/onlinedocs/libstdc++/manual/ext_demangling.html
    char* realname = abi::__cxa_demangle(ti.name(), 0, 0, 0);
    std::string name = realname;
    free(realname);
    return name;

将告诉您auto &rfa = arr; 使rfa 具有与arr 相同的类型，即int [2][3]。

【讨论】：

是的，我确实尝试过，但我无法理解运行时特定的代码。

@R.Xin 毕竟，除了pointed out by StorryTeller 的原始声明之外，auto ptr 处于间接级别这一事实似乎很容易看到。