指針和數(shù)組

通過空間的標(biāo)識(shí)符來處理該空間數(shù)據(jù)的方式稱為直接引用。處理簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)時(shí)，直接引用的形式簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，但用來處理大量數(shù)據(jù)卻不簡(jiǎn)單。例如，存儲(chǔ)1萬個(gè)整數(shù)需要1萬個(gè)名稱，傳遞1萬個(gè)數(shù)據(jù)需要1萬次賦值，這都是既繁瑣又低效的操作。而且1萬個(gè)整數(shù)一般還會(huì)是一個(gè)序列，數(shù)據(jù)之間具有邏輯上的前后順序，那么按邏輯上的順序去處理這些數(shù)據(jù)就需要先按邏輯的順序存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)。既要表示數(shù)據(jù)，又要表示數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，這是直接引用方式難以實(shí)現(xiàn)的。

為了解決這個(gè)問題，我們參考機(jī)器語言中的要素——地址。機(jī)器指令由操作碼和操作數(shù)組成，操作數(shù)一般是數(shù)據(jù)的地址。在機(jī)器語言程序中，地址是處理和數(shù)據(jù)之間的媒介。在機(jī)器語言程序設(shè)計(jì)中，一個(gè)重要的步驟是為數(shù)組安排空間，以確定它們的地址。空間相鄰，地址就容易計(jì)算。按照這種邏輯可以得出一個(gè)很自然的設(shè)計(jì)方案：一組類型相同、邏輯上具有前后關(guān)系的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一組前后相鄰的空間，這樣可以通過一個(gè)數(shù)據(jù)的地址簡(jiǎn)單地計(jì)算出其余數(shù)據(jù)空間的地址，然后通過空間地址(而不是名稱)去處理數(shù)據(jù)，我們稱這種訪問方式為間接引用。

要實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)，就需要把這組相鄰的數(shù)據(jù)空間作為一個(gè)整體以及相應(yīng)的地址都引入C語言類型。

1指針常量

1.1指針的類型

變量的名稱經(jīng)過編譯之后就在系統(tǒng)內(nèi)部“消失”了，留下了地址和類型，地址是該變量空間的起始地址，類型是該變量的類型(見圖1中的表)。類型將指示編譯器怎樣操作特定地址上的內(nèi)存區(qū)域：該區(qū)域包含多少連續(xù)的字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的格式，以及可以實(shí)施哪些基本操作，我們把這個(gè)類型稱為地址的基類型。通過地址來操作數(shù)據(jù)空間的方式稱為間接引用。以表1為例，地址0x12ff78的基類型為整型，通過該地址去間接引用時(shí)，系統(tǒng)將連續(xù)4個(gè)字節(jié)0x12ff78 ~0x12ff7b當(dāng)作整型變量空間。地址0x12ff70的基類型是雙浮點(diǎn)型，編譯器將0x12ff70~0x12ff77的8個(gè)字節(jié)視為雙浮點(diǎn)型空間。

同樣的地址，由于地址的基類型不同，編譯器對(duì)該地址上的空間的解釋也不同，或者說編譯器將其看作不同類型的數(shù)據(jù)空間。例如，上面的地址0x12ff78，如果地址的基類型是單浮點(diǎn)型，那么間接引用的結(jié)果是，0x12ff78 ~0x12ff7b為單浮點(diǎn)型空間。

為了實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)，需要首先把地址這個(gè)硬件操作機(jī)制中的數(shù)據(jù)引入C語言。而在C語言中，數(shù)據(jù)要有類型。類型是數(shù)據(jù)的“身份”，決定著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的大小、存儲(chǔ)格式和對(duì)數(shù)據(jù)可以實(shí)施的基本操作。從存儲(chǔ)空間的大小和存儲(chǔ)格式來說，地址相當(dāng)于無符號(hào)整型數(shù)，即按無符號(hào)整型格式存儲(chǔ)，而且在32位操作系統(tǒng)中需要占用4個(gè)字節(jié)。但是地址的操作與無符號(hào)整型數(shù)的不同，它與間接引用的數(shù)據(jù)有關(guān)，因此，為把地址這個(gè)數(shù)據(jù)引入C，需要為它定義新類型。新類型應(yīng)該具有什么樣的標(biāo)識(shí)符？這就要分析地址的特點(diǎn)。地址關(guān)聯(lián)著兩個(gè)存儲(chǔ)空間，以圖1的地址0x12ff7c為例：一個(gè)是地址本身作為常量存儲(chǔ)的空間；另一個(gè)是通過該地址間接引用的數(shù)據(jù)空間，即我們形象地用箭頭指向的整型變量n的空間。根據(jù)這個(gè)處理特點(diǎn)，把地址本身的類型稱為指針類型或指針型，指針指向的數(shù)據(jù)的類型稱為指針的數(shù)據(jù)類型或指針型的基類型或指針的基類型。因此，指針是一個(gè)復(fù)合類型。

圖1 變量與地址

當(dāng)我們說一個(gè)指針是某種類型或某種類型的指針，指的是該指針的基類型，或該指針指向的數(shù)據(jù)的類型。例如一個(gè)指針是整型的，或一個(gè)整型指針，是指該指針的基類型是整型的，或指針指向的數(shù)據(jù)是整型的。

指針是一個(gè)復(fù)合類型，因此它的標(biāo)識(shí)符也是復(fù)合的，由表示指針類型的符號(hào)*和表示指針基類型的符號(hào)聯(lián)合組成。例如，整型指針用int*表示，雙浮點(diǎn)型指針用double*表示。*代表指針類型，int或double表示指針的基類型。例如圖1的地址0x12ff78，地址的基類型為整型，被引入C語言之后，用字面值常量來表示便是(int*)0x12ff78，我們稱之為指針型字面值常量或指針字面值常量。

1.2指針的基本操作

現(xiàn)在我們需要把地址的間接引用操作引入C語言作為指針型的基本操作：在指針前加間接引用運(yùn)算符，也稱解引用運(yùn)算符*，所得表達(dá)式作為該指針指向的空間的標(biāo)識(shí)符，這種由指針運(yùn)算構(gòu)成的數(shù)據(jù)空間表達(dá)式稱為間接引用表達(dá)式或解引用表達(dá)式。圖1的表代表了下面的等價(jià)式：

x=*(double*)0x12ff70

m=*(int*)0x12ff78

n=*(int*)0x12ff7c

我們可以做個(gè)實(shí)驗(yàn)來證實(shí)這個(gè)等價(jià)式。首先通過輸出語句確定變量的地址：

printf(\"%x，%x，%x\\"，n，m，x);//輸出變量n、m和x的地址

假設(shè)輸出結(jié)果是12ff7c，12ff78，12ff70

(如果不是，那么以輸出的結(jié)果為準(zhǔn))。然后通過指針常量間接修改變量n、m和x的值：

*(int*)0x12ff7c=5;//相當(dāng)于n=5;

*(int*)0x12ff78=*(int*)0x12ff7c;//相當(dāng)于m=n;

*(double*)0x12ff70=3.1415;//相當(dāng)于x=3.1415;

printf(\"n=%d，m=%d，x=%f\\"，n，m，x);//輸出變量n、m和x的值，檢驗(yàn)結(jié)果

在我們的設(shè)計(jì)方案中，由一個(gè)數(shù)據(jù)空間地址計(jì)算出其余的數(shù)據(jù)空間地址是主要的操作，現(xiàn)在我們將它設(shè)計(jì)為指針類型的基本操作：指針加減一個(gè)整數(shù)。假設(shè)一組雙浮點(diǎn)型數(shù)5.5、6.6、7.7、8.8、9.9，它們的存儲(chǔ)空間按地址從小到大依次相鄰，地址依次為0x120000、0x120008、0x120010、0x120018、0x120020，用指針字面值常量來表示便是(int*)0x120000、(int*)0x120008、(int*)0x120010、(int*)0x120018、(int*)0x120020。如果用指針加減一個(gè)整數(shù)的基本運(yùn)算來表示，那么指向5.5的存儲(chǔ)空間的指針(int*)0x120000加1應(yīng)該是指向6.6的存儲(chǔ)空間的指針(int*)0x120008，加2應(yīng)該是指向7.7的存儲(chǔ)空間的指針(int*)0x120010，依次類推(見圖2)。反過來，指向9.9的存儲(chǔ)空間的指針(int*)0x120020減1應(yīng)該是指向8.8的存儲(chǔ)空間的指針(int*)0x120018，減2應(yīng)該是指向7.7的存儲(chǔ)空間的指針(int*)0x120010，依次類推。

概括地說，一個(gè)指針加上(或減去)一個(gè)整數(shù)所得到的指針，其地址會(huì)增加(或減少)指針基類型大小(字節(jié)數(shù))的該整數(shù)倍，即指針的算術(shù)運(yùn)算單位是該指針基類型的大小，或者說是指針指向的數(shù)據(jù)類型的大小。

圖2 指針?biāo)阈g(shù)運(yùn)算

對(duì)指針做加減整數(shù)的運(yùn)算是沒有限制的，但是對(duì)指針間接引用的空間是有限制的，它必須是系統(tǒng)分配的、可以由指針間接引用的空間，否則就可能破壞系統(tǒng)空間的數(shù)據(jù)。這個(gè)限制使我們不能隨便使用一個(gè)指針字面值常量進(jìn)行間接引用運(yùn)算。例如下面的語句：

*(int*)0x12ff7c=6;

只有在0x12ff7c確是一個(gè)已經(jīng)定義的整型數(shù)據(jù)空間地址的時(shí)候才是合理的。

取址運(yùn)算實(shí)質(zhì)上是指針的基本操作。例如，有下面的等價(jià)式：

x=*(double*)0x12ff70

對(duì)上面的等價(jià)式左右實(shí)施取址運(yùn)算，有等價(jià)式：

x=*(double*)0x12ff70=(double*)0x12ff70

對(duì)上面的等價(jià)式左右實(shí)施間接引用運(yùn)算*，有等價(jià)式：

*x=*(double*)0x12ff70=x

上面的等式說明取址運(yùn)算和間接引用運(yùn)算*互為逆運(yùn)算。

指針的值是無符號(hào)整型數(shù)，可以實(shí)施邏輯運(yùn)算和關(guān)系運(yùn)算。

綜上所述，間接引用*、取址、加減一個(gè)整數(shù)、兩個(gè)指針相減、關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算是指針的基本操作。

兩個(gè)指針能夠相加或相乘嗎？不行，因?yàn)樗鼰o意義。一種類型應(yīng)該包含哪些基本操作，這取決于我們?cè)O(shè)計(jì)這種數(shù)據(jù)類型的目的或用途。

2數(shù)組類型

我們的設(shè)計(jì)是，一組類型相同、邏輯上有前后關(guān)系的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在物理上前后相鄰的變量空間，使得通過一個(gè)數(shù)據(jù)空間的地址可以計(jì)算出其余的數(shù)據(jù)空間地址，然后通過空間地址(而不是空間名稱)去間接訪問數(shù)據(jù)(空間)。前面介紹過把地址作為指針引入C語言，現(xiàn)在我們把物理上前后相鄰的一組變量作為一個(gè)整體引入C語言。我們把這個(gè)整體稱為數(shù)組類型變量，簡(jiǎn)稱數(shù)組，把每一個(gè)作為成員的變量稱為數(shù)組元素，數(shù)組元素空間按地址從小到大依次相鄰。數(shù)組元素的個(gè)數(shù)稱為數(shù)組長(zhǎng)度或容量。

根據(jù)我們的設(shè)計(jì)，對(duì)數(shù)組元素的引用是間接的，這需要知道指向第一個(gè)數(shù)組元素的指針。而編譯器對(duì)空間的分配是隨條件變化的，指向第一個(gè)數(shù)組元素的指針不能是字面值常量，只能是符號(hào)指針常量，即用符號(hào)表示的指針常量，這個(gè)符號(hào)由數(shù)組名兼任，稱為(一維)數(shù)組指針，數(shù)組元素類型就是數(shù)組指針的基類型。

數(shù)組名既是數(shù)組變量的標(biāo)識(shí)符，又是指向第一個(gè)數(shù)組元素的指針常量，具體代表什么要根據(jù)上下文來確定。

定義一個(gè)數(shù)組需要指出數(shù)組名、數(shù)組長(zhǎng)度和數(shù)組元素類型(數(shù)組指針基類型)。數(shù)組的定義格式為：

類型標(biāo)識(shí)符數(shù)組名[整型常量表達(dá)式]；

其中類型標(biāo)識(shí)符表示數(shù)組元素類型，整型常量表達(dá)式表示數(shù)組長(zhǎng)度即容量。數(shù)組類型沒有獨(dú)立的標(biāo)識(shí)符，因?yàn)閿?shù)組實(shí)際上是一個(gè)復(fù)合類型，數(shù)組的存儲(chǔ)格式、存儲(chǔ)空間大小和基本操作由其數(shù)組元素類型和數(shù)組長(zhǎng)度決定，所以數(shù)組類型由數(shù)組元素類型和數(shù)組長(zhǎng)度聯(lián)合表示。當(dāng)我們說某種類型的數(shù)組或數(shù)組是某種類型時(shí)，是指該數(shù)組的數(shù)組元素是某種類型的。例如，定義一個(gè)長(zhǎng)度為5、數(shù)組名是d、數(shù)組元素類型為雙浮點(diǎn)型的數(shù)組，即長(zhǎng)度為5、數(shù)組名是d的雙浮點(diǎn)型數(shù)組：

double d[5];

//長(zhǎng)度為5，數(shù)組名是d的雙浮點(diǎn)型數(shù)組

數(shù)組名d既表示數(shù)組(變量)，又表示指向第一個(gè)數(shù)組元素的指針常量，具體表示什么呢？若實(shí)施sizeof運(yùn)算，則d代表數(shù)組，結(jié)果是：

sizeof(d)=5*sizeof(double)=5*8=40

//5個(gè)數(shù)組元素空間大小之和

還可以由表達(dá)式sizeof(d)/sizeof(do-

uble)計(jì)算出整型數(shù)組d的容量即長(zhǎng)度。

若實(shí)施算術(shù)運(yùn)算和間接引用運(yùn)算，則d代表數(shù)組指針。根據(jù)指針的性質(zhì)，d，d+1，d+2，d+3，d+4依次是指向第1至第5個(gè)數(shù)組元素的指針，實(shí)施間接引用運(yùn)算之后，*d，*(d+1)，*(d+2)，*(d+3)，*(d+4)依次是第1至第5個(gè)數(shù)組元素的間接引用表達(dá)式。不過，一般采用符合數(shù)學(xué)習(xí)慣的下標(biāo)表達(dá)式或索引表達(dá)式：d[0]，d[1]，d[2]，d[3]，d[4]，其中“[]”是下標(biāo)運(yùn)算符或索引運(yùn)算符，其中的整數(shù)稱為數(shù)組元素下標(biāo)或索引。數(shù)組元素的間接運(yùn)算表達(dá)式和下標(biāo)表達(dá)式是一回事(見圖3)。

圖3 數(shù)組的綜合特征

長(zhǎng)度為n的數(shù)組，下標(biāo)為0~n-1，超過下標(biāo)范圍的索引訪問是非法的，不管編譯器對(duì)超越下標(biāo)范圍的訪問如何處理，我們都要自覺地遵守這個(gè)實(shí)際上屬于我們自己的設(shè)計(jì)。例如，對(duì)上面定義的數(shù)組d，下標(biāo)表達(dá)式d[5]和d[-2]是非法的。這不是一種規(guī)定，而是數(shù)組和數(shù)組指針作為一個(gè)整體的表現(xiàn)：數(shù)組元素沒有名稱，它要由數(shù)組指針間接引用，它的索引訪問或下標(biāo)訪問的實(shí)質(zhì)就是數(shù)組指針的間接引用運(yùn)算(例如d[2]=*(d+2))，這是數(shù)組對(duì)數(shù)組指針的依賴；而數(shù)組指針是其間接引用范圍由數(shù)組范圍決定的指針。

一個(gè)變量可以看作是長(zhǎng)度為1的數(shù)組。例如：

int n=5;

n等價(jià)于長(zhǎng)度為1的整型數(shù)組指針，因此(n)[0]與n等價(jià)：

(n)[0]=*(n)=*n=n

數(shù)組是一個(gè)復(fù)合類型(見圖3)，包含數(shù)組類型、數(shù)組指針類型和數(shù)組元素類型。數(shù)組的類型由數(shù)組元素的類型和數(shù)組長(zhǎng)度復(fù)合表示，例如長(zhǎng)度為5的雙浮點(diǎn)型數(shù)組的類型是double[5]。數(shù)組指針的基類型是數(shù)組元素類型，數(shù)組指針的間接引用運(yùn)算只有在該數(shù)組范圍內(nèi)實(shí)施才有意義，這是指針對(duì)數(shù)組的依賴，而數(shù)組的元素沒有名稱，對(duì)數(shù)組元素的引用依賴指針，這是數(shù)組對(duì)指針的依賴。數(shù)組指針和數(shù)組共用一個(gè)名稱隱含了這種整體關(guān)系。d作為數(shù)組指針和d的值相同，但它們不是同一類型的指針，d等價(jià)于d[0]，其基類型等價(jià)于數(shù)組元素d[0]的類型double，所以數(shù)組指針d的類型double*，算術(shù)運(yùn)算單位是8，而d的基類型是數(shù)組d的類型doulbe[5]，所以d的類型是doulbe(*)[5]，運(yùn)算單位是40。

3 指針變量

數(shù)組元素沒有名稱，只能依賴數(shù)組指針的間接引用。數(shù)組指針是打開數(shù)組元素空間的“鑰匙”。如果把數(shù)組指針傳給同類型的指針變量，那么該指針變量就可以和數(shù)組指針“共享”一個(gè)數(shù)組空間，我們稱此為地址傳遞。一個(gè)指針，不論什么類型，在32位機(jī)上都只占4個(gè)字節(jié)，所以復(fù)制數(shù)組指針比復(fù)制數(shù)組中的數(shù)據(jù)更有效率。指針變量的定義格式為：

類型標(biāo)識(shí)符* 變量名；

以圖4為例，把數(shù)組指針a賦給指針變量p，就有了等價(jià)式：

p[i]=a[i]

但是，指針變量p與數(shù)組指針a不等價(jià)，因?yàn)榍罢呤侵羔樧兞?，后者是指針常量。指針變量p與數(shù)組a也不等價(jià)，下面的等式可以說明：

sizeof(p)=4 //指針變量空間大小

sizeof(a)=20//數(shù)組空間大小

而且指針p與a值不同，基類型也不同，p是p空間地址，是指向指針空間p的指針，類型是int**，而a是數(shù)組空間地址，是指向數(shù)組空間的指針，類型是int(*)[5]。

因?yàn)閿?shù)組名稱既表示數(shù)組指針又表示數(shù)組，所以要從數(shù)組名稱中取出數(shù)組指針賦給指針變量，就需要隱式類型轉(zhuǎn)換，通常稱之為decay。

圖4 指針變量

如果傳遞數(shù)組指針的目的是傳遞數(shù)組的值，那么應(yīng)該把數(shù)組指針傳遞給同類型指針變量。例如，整型數(shù)組指針應(yīng)該傳給整型指針變量，雙浮點(diǎn)型數(shù)組指針應(yīng)該傳給雙浮點(diǎn)型指針變量。下面我們以反例來說明這樣做的意義。

int a[5]={10，15，20，25，30};

//整型數(shù)組

double* pd;

//雙浮點(diǎn)型指針變量

pd=(double*)a;

//整型數(shù)組指針經(jīng)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換之后賦給雙浮點(diǎn)型指針變量

在32位機(jī)上，雙浮點(diǎn)型指針pd的算術(shù)運(yùn)算單位是8個(gè)字節(jié)，而整型指針常量a的運(yùn)算單位是4個(gè)字節(jié)，因此，pd+i的值和a+i的值不等，從而pd[i]和a[i]也不等。又例：

int a[5]={ 10，15，20，25，30};

//整型數(shù)組

float* pf;

//單浮點(diǎn)型指針變量

pf=(float*)a;

//整型數(shù)組指針經(jīng)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換后賦給單浮點(diǎn)型指針變量

在32位機(jī)上，單浮點(diǎn)型指針pf的算術(shù)運(yùn)算單位是4個(gè)字節(jié)，整型指針常量a的運(yùn)算單位也是4個(gè)字節(jié)，因此，pf+i的值和a+i的值相等，但是編譯器對(duì)它們所指向的數(shù)據(jù)類型解釋不同：pf[i]是單浮點(diǎn)型，a[i]是整型。具體地說，a[0]以普通整型格式存儲(chǔ)著10，而pf[0]按單浮點(diǎn)型格式“解讀”時(shí)，其中存儲(chǔ)的不是10；而且對(duì)a[0]可以實(shí)施求余運(yùn)算，對(duì)pf[0]不能實(shí)施該運(yùn)算。

如果傳遞數(shù)組指針的目的是“讓出”數(shù)據(jù)處理之后而“空閑下來”的數(shù)組空間，那么可以把該數(shù)組指針傳遞給不同類型的指針變量，但是需要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。以圖5為例，把長(zhǎng)度為2的雙符點(diǎn)型數(shù)組指針d傳遞給整型指針變量pi，通過pi可以訪問長(zhǎng)度為4的整型數(shù)組空間(按類型大小計(jì)算，長(zhǎng)度為2的雙浮點(diǎn)型數(shù)組空間可以用做長(zhǎng)度為4的整型數(shù)組空間)。雙浮點(diǎn)型數(shù)組指針d和整型指針變量pi都指向同一個(gè)空間，我們用哪一種類型的指針去間接引用，這個(gè)空間就是哪一種類型的數(shù)組空間，而且空間中的數(shù)據(jù)是最后存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。例如，在語句int *pi=(int*)d執(zhí)行之后，pi[0]=17執(zhí)行之前，雖然指針d和pi都指向一個(gè)空間，但是d[0]和d[1]中的雙浮點(diǎn)型數(shù)2.125和3.625還存在，執(zhí)行了語句pi[0]=17和pi[1]=29以后，d[0]中的雙浮點(diǎn)型數(shù)2.125已經(jīng)不存在，改為兩個(gè)整型數(shù)17和29，但是d[1]的值3.625還存在。

圖5 由不同類型數(shù)據(jù)共享的數(shù)組空間

一個(gè)變量可以看作是一個(gè)長(zhǎng)度為1的數(shù)組，因此指向變量的指針可以看作是指向長(zhǎng)度為1的數(shù)組的指針(見圖6)。

pn[0]=*pn =(n)[0] =n

圖6 指向變量的指針

4二維數(shù)組類型

一個(gè)序列存儲(chǔ)在一維數(shù)組中，其元素在邏輯上的前后位置由數(shù)組元素的下標(biāo)來表示?？墒侨绾未鎯?chǔ)一個(gè)矩陣呢？矩陣的元素在邏輯上有兩個(gè)位置，行的前后位置和列的前后位置。為此需要引入二維數(shù)組。

二維數(shù)組是數(shù)組元素為一維數(shù)組(稱行一維數(shù)組)的一維數(shù)組。因?yàn)橐痪S數(shù)組的元素類型是相同的，所以一個(gè)二維數(shù)組的行一維數(shù)組的類型相同，長(zhǎng)度相同，元素的類型也相同。行一維數(shù)組的個(gè)數(shù)稱為二維數(shù)組的行數(shù)，行一維數(shù)組的長(zhǎng)度稱為二維數(shù)組的列數(shù)。行一維數(shù)組也稱為二維數(shù)組行元素，行一維數(shù)組元素也稱二維數(shù)組元素。二維數(shù)組定義格式為：

類型標(biāo)識(shí)符數(shù)組名[行數(shù)][列數(shù)]；

例如，定義一個(gè)4行3列的二維整型數(shù)組：

int a[4][3];

二維數(shù)組作為特殊的一維數(shù)組，數(shù)組長(zhǎng)度為4，其數(shù)組元素為：

a[0]，a[1]，a[2]，a[3]

它們分別是長(zhǎng)度為3的行一維整型數(shù)組，類型都是int[3]。行一維數(shù)組的元素的類型是整型，而且依次為：

a[0][0]a[0][1]a[0][2]

//行一維數(shù)組a[0]的數(shù)組元素

a[1][0]a[1][1]a[1][2]

//行一維數(shù)組a[1]的數(shù)組元素

a[2][0]a[2][1]a[2][2]

//行一維數(shù)組a[2]的數(shù)組元素

a[3][0]a[3][1]a[3][2]

//行一維數(shù)組a[3]的數(shù)組元素

與一維數(shù)組類似，作為特殊的一維數(shù)組，數(shù)組名a既表示數(shù)組(用斜體a表示以示區(qū)別)，又表示數(shù)組指針。當(dāng)a表示數(shù)組時(shí)，它的類型是由元素類型即行一維數(shù)組類型int[3]和數(shù)組長(zhǎng)度即行數(shù)也即行一維數(shù)組個(gè)數(shù)4聯(lián)合構(gòu)成，int[4][3]。而且

sizeof(a)=∑sizeof(a[i]) =4*12=48

當(dāng)a表述數(shù)組指針時(shí)，有等式：

a=a[0]

a[0]作為行一維數(shù)組表達(dá)式，既表示行一維數(shù)組類型(用斜體a[0]表示以示區(qū)別)，又表示行一維數(shù)組指針。在上面等式的取址運(yùn)算a[0]中，a[0]表示行一維數(shù)組，因此指針a的基類型是行一維數(shù)組類型int[3]，算術(shù)運(yùn)算單位是12，即一個(gè)行一維數(shù)組大小，有等式

a+i=a[i](i=0~3)

因此被稱為二維數(shù)組指針，類型用int (*)[3]表示。二維數(shù)組a的其他綜合特性見表1和圖7

圖7二維整型數(shù)組a[4][3](陰影部分表示指針常量)

一個(gè)長(zhǎng)度為n的一維數(shù)組可以看作是1行n列二維數(shù)組。例如：

double d[5]={1，2，3，4，5};

d相當(dāng)于1行5列二維雙浮點(diǎn)型數(shù)組指針(見圖8)。

反之，一個(gè)m行n列二維數(shù)組可以看作長(zhǎng)度為m*n的一維數(shù)組。

圖8長(zhǎng)度為5的一維數(shù)組d可以看作1行5列二維數(shù)組

5二維指針變量

與二維數(shù)組指針常量對(duì)應(yīng)的是二維指針變量，定義格式為：

類型指示符 (*指針變量名)[列數(shù)]；

舉例說明：

int (*p)[3];

//二維指針變量p

int a[4][3]={{1，2，3}，{4，5，6}，{7，8，9}，{10，

11，12}};

//二維整型數(shù)組

p=a;

//二維數(shù)組指針傳遞

這時(shí)的二維指針變量p等價(jià)于二維數(shù)組指針a：

p+i=a+i(i=0，1，2，3)

p[i]=a[i](i=0，1，2，3)

p[i][j]=a[i][j](i=0，1，2，3，j=0，1，2)

但是不等價(jià)于二維數(shù)組a：下面的等式可以說明：

sizeof(p)=4//p表示指針變量

sizeof(a)=48//a表示二維數(shù)組

圖9 二維指針變量和二維數(shù)組

6二維數(shù)組和(一維)指針

一個(gè)m行n列二維數(shù)組，可以看作是長(zhǎng)度為m*n的一維數(shù)組。例如：

int a[4][3]={{1，2，3}，{4，5，6}，{7，8，9}，

{10，11，12}};

a[0]是指向行一維數(shù)組元素a[0][0]的指針常量，它等價(jià)于長(zhǎng)度為12的一維整型數(shù)組指針，該一維數(shù)組的12個(gè)元素依次為：

a[0][0]a[0][1]a[0][2]

a[0][3]a[0][4]a[0][5]

a[0][6]a[0][7]a[0][8]

a[0][9]a[0][10]a[0][11]

二維數(shù)組指針a的行下標(biāo)(假設(shè)用i表示)增加1，地址值增加12，一維數(shù)組指針a[0]的下標(biāo)增加1，地址值4，于是有等式：

a[0][i*3+j]=a[i][j]

于是，可以把二維數(shù)組的行一維數(shù)組的地址傳給(一維)指針變量：

int*p=a[0];//int *p=*a; 或int *p=a[0][0];

于是有等式((見圖10))：

p[i*3+j]=a[0][i*3+j]=a[i][j]

圖10 二維數(shù)組和(一維)指針變量

7指針數(shù)組和指針的指針

所謂一維指針數(shù)組，就是數(shù)組元素為(一維)指針變量的一維數(shù)組。例如：

char* a[5];

a是長(zhǎng)度為5的字符型指針數(shù)組，數(shù)組元素a[0]、a[1]、a[2]、a[3]、a[4]都是字符型指針變量，它們各自可以指向一維字符數(shù)組，特別是字符串：

a[0]=\"File\";a[1]=\"Edit\";

a[2]=\"Compile\";a[3]=\"Run\";

a[4]=\"Tools\";

指針數(shù)組可以初始化：

char* a[5]={\"File\"，\"Edit\"，\"Compile\"，

\"Run\"，\"Tools\"};

或

char* a[]={\"File\"，\"Edit\"，\"Compile\"，

\"Run\"，\"Tools\"};

數(shù)組指針a類型應(yīng)該由“*”和其基類型即數(shù)組元素char*聯(lián)合構(gòu)成，所以是char**，被稱為指針的指針常量：

char** pa;//指針的指針變量

pa=a;//接受字符型指針數(shù)組的指針a的值(見圖11)

或

char** pa=a;

圖11 字符指針數(shù)組和字符指針的指針

二維數(shù)組是數(shù)組元素為指針常量的指針數(shù)組，反之，指針數(shù)組是行一維數(shù)組是指針變量的二維數(shù)組。它們?cè)谙旅娴那樾蜗陆y(tǒng)一。假設(shè)

int a[4][3];//二維數(shù)組

int* p[4];//指針數(shù)組

令指針數(shù)組的指針元素分別指向二維數(shù)組的行一維數(shù)組

p[0]=a[0];

p[1]=a[1];

p[2]=a[2];

p[3]=a[3];

則有等式：

p[i][j]=a[i][j]

8小結(jié)

機(jī)器語言發(fā)展到C語言，作為機(jī)器語言要素的地址就要發(fā)展為C語言的要素，這就是指針類型。指針是C的類型，就應(yīng)該和整型、字符型等語言內(nèi)置類型一樣，具有自己的常量，因此，指針字面值常量的引入是不可避免的。而處理的需要又使指針一出現(xiàn)，就和數(shù)組構(gòu)成一個(gè)整體，它們都以對(duì)方的存在作為自己存在的前提：指針的基類型是它可以指向的數(shù)組的元素類型，指針間接引用范圍取決于它實(shí)際指向的數(shù)組大小；一個(gè)指針常量就是一個(gè)數(shù)組指針；一個(gè)指針變量，當(dāng)它指向一個(gè)數(shù)組時(shí)，與該數(shù)組指針等價(jià)。這是指針對(duì)數(shù)組的依賴。反之，數(shù)組的元素沒有名稱，它的表示依賴指針；數(shù)組指針是指向該數(shù)組的指針常量。這是數(shù)組對(duì)指針的依賴。一個(gè)變量等價(jià)于一個(gè)長(zhǎng)度為1的數(shù)組，指向一個(gè)變量的指針看作是指向一個(gè)長(zhǎng)度為1的數(shù)組的指針，這實(shí)際上依然是指針和數(shù)組的相互依賴、相互作用的整體性關(guān)系。但是這還不能證明指針和數(shù)組定義是科學(xué)的，還需要通過二維指針和二維數(shù)組的定義來檢驗(yàn)。例如，二維數(shù)組必須是一維數(shù)組的推廣，就像二重積分是一重積分的推廣一樣，而且它們?cè)谝欢l件下可以互相轉(zhuǎn)化，例如，長(zhǎng)度為n的一維數(shù)組等價(jià)于1行n列的二維數(shù)組，m行n列的二維數(shù)組等價(jià)于長(zhǎng)度為ｍ*n的一維數(shù)組。