C语言中指针和多维数组

指针和多维数组

数组名是特殊的指针

数组是一个特殊的指针，多维数组也是更为复杂的数组，它们的关系是什么样的呢？

我们通过一个简单的例子来比较形象的了解指针和多维数组：

int a[2][3];

这是一个2*3的二维数组，首先我们清楚数组名就是指向数组首元素的常量指针（它不可以指向其他部分，可以对指向的元素进行任意修改）；其次C语言中所谓的多维数组，即是数组的数组，2*3的二维数组，本质上为2个有包含3个int的数据的数组。所以现在我们就可以解释a的含义：

a == &a[0]

那么对于a[0]也有

a[0] == &a[0][0]

这时候我们就也可以得到另一个特殊的结论：a == a[0]，字面上看起来很难理解，这是因为对于一个指针它指向一个元素有两个要素：第一为这个元素的首地址，第二为这个元素的类型（这也是我们在使用指针所必要要求的必须指向与它类型相同的元素），所以a是一个指向包含3个int元素的数组指针，a[0]是指向int元素的指针。在比较两者时即比较首地址，无疑都是这个二维数组的首地址。

 #include <stdio.h>
 ​
 int main (void) {
  int a[2][3];
  if (a == &a[0])
      printf("yes！\n");
  if (a[0] == &a[0][0])
      printf("yes!\n");
  if (a == a[0])
      printf("yes!");
  return 0;
 }

但是两者仍然有差别，这种差别是在类型上的，也可谓是根本上的，通过指针的增加运算我们可以看到他们的不同：

 #include <stdio.h>
 ​
 int main (void) {
  int a[2][3];
  int *p = a;
  int *pp = a[0];
  if (a == a[0])
      printf("yes!\n");
  if (a+1 == a[0]+1)
      printf("yes!\n");
  else {
      printf("no!\n");
      printf("a = %p\n", a);
      printf("p = %p\n", a+1);
      printf("pp = %p", a[0]+1);
  }
 ​
  return 0;
 }
 ​
 /**
  yes!
  no!
  a = 0061FF00
  p = 0061FF0C
  pp = 0061FF04
  因为a为int (*)[3]类型，所以a+1移动了3*4=12个储存单元,末位为C；a[0]为int *类型，所以a[0]+1移动了4个单元，这时候它们不再相等。
 **/

通过指针指向多维数组

因为C语言要求指针在指向一个元素时类型必须同元素一致，所以我们想使用指针指向数组时不能简单使用指向int类型的指针。例如对于二维数组a[2][3]。

 int main (void) {
  int a[2][3];
  int (*p)[3] = a;
  // int (*p1)[2] = a;这样是不对的，因为C语言二维数组的声明意义为2个长度为3的整型数组而不是相反的
  return 0;
 }

我们使用int (*p)[3]而不是int *p[3]，因为前者表示指向含有三个整数数组的指针，后者为含有3个整型指针的数组。

我们也能通过解引用这样的指针对于数组内容进行访问。

我们通过讨论数组名这个特殊的指针来了解指向多维数组的指针，a == &a[0]，所以*a = a[0]为第一个指向长度为3数组的指针；a[0] == &a[0][0]，所以*a[0] = a[0][0]这样我们就访问了二维数组的第一个元素，所以**a == a[0][0],我们可以通过多次解引用对多维数组元素进行访问，对于二维数组a[1][2]等价于*(*(a+1)+2)

但是通过这样对一个数组进行访问往往会造成费解，而且有时候会出现不安全的现象：

 #include <stdio.h>
 ​
 int main (void) {
  int a = 20;
  const int b = 30;
  int *p1 = &a;
  const int *p2 = &b;// 指向常量的指针指向常量
  const int **pp2;// 指向 指向常量的指针 的指针
  // p1 = p2;// 使用普通指针指向指向常量的指针这样的行为并不可行！
  p2 = p1;// 把普通指针赋给指向常量的指针时时没有问题的
 ​
  // 下面是一种值得警惕的情况
  printf("b = %d\n", b);
  pp2 = &p1;// 这样的行为也是不安全的，称为为嵌套指针类型赋值，这样会使得const修饰符失效
  *pp2 = &b;
  *p1 = 10;
  printf("b = %d", b);
  return 0;
 }
 ​
 /**
  b = 30
  b = 10
 **/

我们惊奇发现b竟然也被修改了！因为我们让pp2指向指针p1。然后因为pp2是指向常量的指针，所以*pp2也可以指向常量b，但是其实*pp2是p1！这时候我们就能通过p1修改常量b的值，这样行为是很危险的！所以不要使用嵌套指针。