The C Programming Language-Chapter 5 Pointers and Arrays

数组、函数与指针

参考

The C Programming Language-Chapter 5 Pointers and Arrays

前言

在上一篇文章动态数组（一维二维）探秘介绍了数组的一些知识，在最后碰到了一个如何申请二位数组的问题，这篇文章就延伸一下，介绍介绍数组、函数和指针更深层次的关系。

基础知识

int a[10]  一维数组，数组中有连续的十个元素，每个元素都是int类型。

int *p  指针，保存的是一块数据的地址，这块数据是int类型，也就是当程序访问到p指向的地址的时候，需要按照int类型把后面连续的几块数据按照一个整体读取

int v  int类型的数据

p = &v  把v的地址赋值给p，那么现在p指向的就是v的地址

p = &a[0]  把数组第一个元素的地址赋值给p，那么现在p指向的就是数组a第一个元素的地址

int *p到底是什么

按照The C Programming Language中介绍，这个表达式应该看成int (*p)，也就是*p是个变量，它是一个int类型，与int v是等价的。*在变量前表示把当前的指针类型解析成它指向的数据类型，那么去掉*，就表示它是一个指针。

进一步说，就是，p是一个指针，*的作用是把p（指针）解析成它指向的数据，*p就是p指向的数据，类型是int，也就是我们说的p是一个指向int类型的指针

如果这样理解的话，下面这条声明变量的语句就很好理解了

int *p, v;

由于运算符优先级的关系，这个等价于

int *p; int v;

*p和v是等价的。这条语句相当于声明了两个int变量，*p和v。v无法进一步解析，所以v就是一个int变量；*p可以进一步解析，把*去掉，那么p就是一个指针，也就是指向int类型变量的指针。

int a[10]中的a又如何理解

由The C Programming Language中我们可以看到，a指向了a[10]数组开始的地址，与&a[0]（数组第一个元素的地址）是一样的，如下图

设置p等于a或是a[0]的地址，这样p和a的作用就一样了。只不过a是一个常量，p是一个变量，a不能被赋值或是做加减乘除的运算，p可以

p = a;
//或者
p = &a[0];

数组与指针有着密切联系，数组可以看做指针指向了一块连续的内存区域，实际上也确实如此。如下图

a[0]就是*(a+0)也就是*(pa+0)，从这里就可以理解为什么c/c++的索引是从0开始。

在c/c++中，对指针做加一的操作，相当于把指针移动到下一个数据的位置，移动多少，取决于指针指向的类型是什么，跨度就是这个类型占用的空间。

比如上图，不管a是什么类型的数组，a+1或是p+1，移动的距离就是a数组中元素占用内存的字节数。比如a中是char（占用一个字节），a指向0x0001，那么a+1就指向0x0002；如果是int（占用四个字节），a指向0x0001，a+1就指向0x0005。

再谈二维数组

如下图数组a是一个二维数组，相当于一个数组指针的数组，这个数组有2个元素，每个元素又指向了一个一维数组，每个一维数组的元素个数是5

那么二维数组的指针是什么呢？我们知道一维数组相当于指针，那么二维数组相当于数组中保存了一维数组，也就是数组中保存了指针，也就是指针数组，那么二维数组就相当于指针的指针。

但是当我们编译下面的代码的时候，会提示error C2440: 'initializing': cannot convert from 'char [2][5]' to 'char **'，鼠标放在出错的地方提示a value of type "char (*)[5]" cannot be used to initialize an entity of type "char **"

char a[2][5];
char **p = a;

这是为什么呢？实际上二维数组，或是多维数组的指针不是这样定义的，必须要指定这个数组指针数组中每个元素是什么样的，如下才是正常的

char a[2][5];
char (*p)[5] = a;

实际上我们可以用一个指针操作二维数组，也可以用指针的指针操作二维数组，只需要强转就行。不管是几维的数组，在内存中都是连续的，我们只需指向数组的开始位置，一个个访问就可以了。

char a1[2]  char * a2[2]  char (*a3)[5]  char a4[2][5]傻傻分不清楚

在动态数组（一维二维）探秘 中我们碰到了一个问题，就是，从内存中看，申请一个一维数组和二维数组一样，都是一块连续的空间，但是如果用一维数组的方式申请一块连续的空间，我们用指针加1，发现它并不会像真正的二维数组一样，向前跳动一排的元素空间大小，还是跳动一个元素大小。如下示例

char a[2][5];
char *pa = new char[2*5]();

a的地址是0x004CFE00

a+1的地址是0x004CFE05

pa的地址是0x00227D68

pa+1的地址是0x00227D68

这是为什么呢？很明显，pa不管怎么操作，它只是一个char的指针，那么按照c语言的规则，每次跳动只能是一个char的大小，也就是1；而a是一个char [5]的指针，那么每次跳转就是char[5]的大小，也就是5.

上面的4个，有一个是特殊的，就是char (*a3)[5]。其他的都是数组，这个是指针:

• char a1[2]是一个一维数组，里面有两个char元素
• char * a2[2]是一个数组，里面有两个char*元素
• char a4[2][5]是一个二维数组，里面有2*5个char元素，或是说里面有2个char[5]
• 而char (*a3)[5]是一个指针，指向的类型是char[5]。我们可以用上面的方式拆分一下，char (*a3)[5]是一个数组，里面保存的是有5个char的连续数据，*a3就是这个数组，去掉*，那么a3就是一个指针，指向的是一个char [5]

char a1[5] char a2[2][5] char (*a3)[5]有什么联系

char a1[5]和char a2[2][5]的指针形式都是char (*a3)[5]，这就是它们之间的联系。可能看上去有点懵，实际上这个与char b1和char b2[5]的指针形式都是char * b3是一样的。

我们知道char b1和char b2[5]的指针形式都是char * b3，如果b3=b1，那么b3就指向了b1的地址；如果b3=b2，那么b3就指向b2第一个元素的地址，b3++就可以访问b2的第二个元素。

在c语言中，没有越界检测，这即提供了方便，也增加了风险。c语言中最危险的陷阱之一就是越界，也就是野指针。从逻辑或是实现上来说，这又是c语言中的精髓，底层逻辑简单，应用执行速度快，不需要考虑任何额外的操作。如果是指针，那么指针加一，就是跳转到下一块数据，也就是把当前指向的这块数据跳过去。

同样a3=a1，就是指向了一块数据，这个数据类型是一个char[5]。如果是多个char[5]呢？比如a3=a2，那就是一个一行5个元素或是说5列的二维数组了。a3++，就是跳转5个元素的大小，这样就可以直接用a3[1][2]的方式访问了，这就是二维数组。

函数与指针

在c语言中，函数并不是一个变量，但是可以定义成一个指针，允许被赋值、传递等。

int fun1(int *a, int *b);

int * fun2(int *a, int *b);

int (*fun3)(int *a, int *b);

int* (*fun4)(int *a, int *b);

• fun1是一个函数，函数的返回值是int，函数有两个参数，每个参数都是int指针
• fun2是一个函数，函数的返回值是int指针，函数有两个参数，每个参数都是int指针
• fun3是一个指针，指针的类型是一个函数，这个函数的返回值是int，函数有两个参数，每个参数都是int指针
• fun4是一个指针，指针的类型是一个函数，这个函数的返回值是int指针，函数有两个参数，每个参数都是int指针

我们可以看出fun3就是fun1的指针，fun4就是fun2的指针。

fun3 = fun1;
fun4 = fun2;

做了以上赋值后，调用fun3就相当于调用fun1，同理调用fun4就相当于调用fun2。调用方法如下

int a = 1;
int b = 2;
int ret = 0;
int *pret = nullptr;
ret = fun1(&a, &b);
ret = (*fun3)(&a, &b);
pret = fun2(&a, &b);
pret = (*fun4)(&a, &b);

在这里我们看到好多用法定义都与数组和数组的指针类似。同样fun3与fun1的区别，fun1和fun2是常量，不可以修改赋值，而fun3和fun4可以。

函数指针强转

虽然这是一个小知识点，但是可以帮助我们进一步了解指针，比如我们有一个函数需要传入函数指针，参数是void指针，需要我们把int指针参数的函数强转传入

int testcomp(int a, int b)
{
    return a;
}
int testcomp1(long a, long b)
{
    return b;
}
void test(int (*comp)(int a, int b))
{
    int a = (*comp)(111, 222);
    cout << a;
}
test(testcomp);
test((int(*)(int, int))(testcomp1));

这里仅仅是为了测试说明，从long转到int是被禁止的，防止溢出。

我们看到test是一个函数，函数的参数是一个函数指针，在c语言中想要传递函数，也只能通过指针的方式。这个函数指针返回值是一个int，有两个int参数。

第一个调用就是把testcomp传递进去，函数形式与声明的一致，所以不需要强转

第二个调用，testcomp1与test定义的传入的参数不一致，需要转化一下，这里就可以看出来函数的指针形式如何定义

int(*)(int, int)这就是定义了一个函数指针的形式，int是返回值，(*)表示是一个指针，(int, int)表示传入的参数是两个int

令人头晕的各种指针的声明

在The C Programming Language[5.12 Complicated Declarations]中也介绍了，c语言有关指针的声明，有时候非常迷惑，它并不能从左向右按照顺序的解析，往往是从中间一个地方开始，向左右扩展，还要时不时的把一堆表达式看做一个整体。

char *a-char的指针

char **a-指向char指针的指针

char (*a)[13]-指向数组的指针，这个数组是包含13个char类型的数组

char *a[13]-含有13个char指针的数组

char (*a)()-函数指针，这个函数的返回值是char，传入的参数是空

char (*(*x())[2])()-这是一个函数，函数的返回值是一个指向数组的指针，这个数组中包含的是一个函数指针，这个函数模型是返回char，传入参数是空

char(*(*pa)[2])()-这就是上面函数返回值，这是一个数组指针，数组中有两个元素，这个元素是一个函数指针，函数的模型是返回char，传入参数是空

char (*(*x[3])())[5]-这是一个数组，数组中有3个元素，每个元素是一个函数指针，函数的模型是传入参数是空，返回值是一个数组的指针，这个数组有5个元素，每个元素是char

再来一个

https://www.nowcoder.com/questionTerminal/87bba673cc844677baa0c12d32bdc330

int (*p[10])(int*)-这是一个数组，数组有10个元素，每个元素是一个函数指针，这个函数返回值是int，传入参数是int指针

终极解释

我们通过资料和示例可以总结一下关于指针或是c语言中定义类型的时候是如何拆分的了，首先与变量名最近的符号，表明了这个变量的类型，然后一层层向外增加额外的解释，我们就一个个举例实验一下

int a-这里的a是变量名，从这里开始，向两边查找，只有int，那么a就是一个int

int *a-从a开始，有*，表示是一个指针，指针的原形呢？就是int，所以a是一个int指针

int a[10]-从a开始，a右边是一个[]，表示是一个数组，数组中有10个元素，元素的类型呢？把a[10]看做整体，就是int，所以a就是含有10个int元素的数组

int *a[10]-从a开始，a右边是一个[]，所以a是一个数组，数组中有10个元素，元素的类型呢？把a[10]看做整体，比如XX，那么就变成了int * XX，就与上面的int *a一样了。有*，所以元素是指针，指针的类型是int，所以a就是包含10个int指针的数组

int (*a)[10]-从a开始，因为被()限制，所以a与*结合，那么a是一个指针，指针的类型呢？把(*a)看做一个整体，那么就是int[10]，指针的类型就是一个数组，这个数组有10个元素，每个元素是int，所以a就是含有10个int元素数组的指针

int a[2][5]-从a开始，a的右边是[][]，所以a是一个二维数组，数组元素是int

int f()-从f开始，f右边是()，所以f是函数，函数参数是空，返回值是int

int *f()-从f开始，f右边是()，所以f是函数，函数的参数是空，返回值是int指针

int (*f)()-从f开始，因为被()限制，所以f与*结合，那么f是指针，指针的类型呢？把(*f)看做整体，那么就是一个函数，所以指针的类型是函数，函数的参数是空，返回值是int，所以f是一个指向参数是空返回值是int的函数的指针

char (*(*x())[2])()-从x开始，x右边有()，所以x是函数。那么把x()看做整体，由于()限制，x()与*结合，表示函数返回值是一个指针。再把(*x())看做整体，与右边的[2]结合，表示这是一个含有2个元素的数组，到这里的解释是，x是一个返回值是一个数组指针的函数。再把(*x())[2]看做整体，前面又有一个*，表示这是一个指针，到这里的解释是，x是一个返回值是一个数组指针的函数，数组中的元素是指针。再把(*(*x())[2])看做整体，就很明显了，这是一个函数，类似于char XX()，函数的返回值是char，参数是空，最终这个表达式的意思是，x是一个函数，函数的返回值是一个数组指针，数组中有2个元素，元素的类型是一个函数指针，函数的返回值是char，参数是空。

char (*(*x[3])())[5]-从x开始，x右边是[]，所以x是数组。数组前面又*，所以数组元素是指针。指针后面有()，所以是函数指针。函数指针前面有*，函数返回值是指针。返回值指针后面有[5]，所以函数返回值指针是数组。最后前面是char，所以x是一个含有3个元素的数组，数组的元素是一个函数指针，函数的参数是空，返回值是一个char[5]的数组指针。

int (*p[10])(int*)-p是数组，数组中的元素是指针，指针的类型是函数，函数的模型是返回值是int，参数是int*

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