在伯樂在線上看到一篇關於數組和指針的文章（文章鏈接：http://blog.jobbole.com/44863/），突然想到自己最近也遇到一個類似的有趣的案例，於是決定寫下來和大家分享。
1. 我的初衷
我的初衷是想寫一個簡單通用的函數PrintIntArray用於打印一個int數組的各個元素。因為我想數組的長度是數組的屬性，我不想每次調用此函數的時候手動傳入數組長度，於是我將函數聲明為PrintIntArray(int arr[])，然后寫一個簡單的內聯函數（為了通用，聲明為模板函數）用於動態獲取數組長度（如下）：
template <class T> inline int GetArrayLen(T& array) { //數組占用內存數除以單個元素占用內存數得到數組長度 return sizeof(array)/sizeof(array[0]); }
這樣，我的PrintIntArray函數就可以這樣寫：
void PrintIntArray(int arr[]) { int len = GetArrayLen(arr); for (int i = 0; i < len; i++) { printf("%d ", arr[i]); } printf("\r\n"); }
2. 初衷很美好，問題跑不掉
為了測試打印函數，寫一個main函數進行測試：
void main(int argc, char* argv[]) { int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5}; printf("array length: %d\r\n", GetArrayLen(arr)); printf("elements of array:\r\n"); PrintIntArray(arr); getchar(); }
當運行測試程序的時候，運行結果卻出乎我的意料：
可以看到，GetArrayLen函數可以正確地計算數組長度，但是PrintIntArray卻只打印出了數組的第一個元素。
於是調試進到PrintIntArray函數的 int len = GetArrayLen(arr); 這句話，發現返回的值是1，怪不得只打印了第一個元素：
這就奇怪了，GetArrayLen在PrintIntArray函數外面（main函數里面）的時候明明可以正確返回數組長度，為什么進到函數里面的時候行為就變得異常了？大家都知道，數組作為函數參數的時候傳遞的是指針，如果這是造成異常的原因，那么在main函數里面GetArrayLen(arr)這句話也是傳遞的指針，應該同樣返回1才對，為什么它就可以正確地返回數組的長度？
3. 問題分析
后來經過更多的測試分析，發現問題出在GetArrayLen這個模板函數的聲明、以及c++對模板的解析機制上。在PrintIntArray函數內部， int len = GetArrayLen(arr); 這句話返回1的原因稍微分析一下其實是容易理解的，因為當你將數組變量arr傳遞給PrintIntArray函數時，它其實已經退化成了指針，你再將指針傳遞給GetArrayLen函數，sizeof(arr)求得的是指針占用的內存數，結果是4；而sizeof(arr[0])返回的是arr第一個元素占用的內存字節數，因為是int數組，所以結果也是4。這就是GetArrayLen(arr)函數最后返回1的原因。
而在main函數里面調用GetArrayLen(arr)函數的時候，在arr退化成指針之前，它要先被GetArrayLen模板函數解析，解析的結果就是模板函數形參中的T被解析為int[5]（這里似乎很奇怪，后面還有更詳細的分析），形參array被當做實參arr的別名。實際上arr還是被當成數組看待的，即一塊連續的內存，並沒有退化成指針，因此此時sizeof(arr)的結果為5個int的長度，即20字節；而sizeof(arr[0])的結果依然是arr第一個元素占用的內存，即4字節，因此此時會返回正確的數組長度。
為了驗證這一猜想，我另外寫了個測試程序，但此時我用的是double型數組，按照上面的分析，如果將數組名直接傳遞給GetArrayLen函數，它將依然被當成數組看待，因此sizeof(arr)的結果應該是40（5個double數據的長度），而sizeof(arr[0])的結果應該是8（double型數據長度），最終GetArrayLen函數返回正確的數組長度——5；但是如果將此數組的指針傳遞給GetArrayLen函數，那么sizeof(arr)的結果應該是4（指針占用內存數），而sizeof(arr[0])的結果依然是8，最終GetArrayLen函數返回0。
為了調試方便，我將GetArrayLen函數重寫為：
template <class T> int GetArrayLen(T& array) { int len1 = sizeof(array); int len2 = sizeof(array[0]); return len1 / len2; }
測試用main函數如下：
1 void main(int argc, char* argv[]) 2 { 3 double arrDouble[] = {1, 2, 3, 4, 5}; 4 double* ptrDouble = arrDouble; 5 printf("pass array to func GetArrayLen :%d\r\n", GetArrayLen(arrDouble)); 6 printf("pass pointer to func GetArrayLen :%d\r\n", GetArrayLen(ptrDouble)); 7 getchar(); 8 }
當傳遞數組arrDouble進去的時候（第5行），單步調試到GetArrayLen函數內部，結果如下：
當傳遞指針ptrDouble進去的時候（第6行），單步調試到GetArrayLen函數內部，結果如下：
可見，上面的分析是正確的。程序最終的運行結果如下：
4. 尋求改進
經過這么多的分析最后發現，自己一開始寫的打印函數PrintIntArray其實根本無法工作，因為他限制傳入的數組不能為引用，這與數組傳引用的機制相矛盾。其實如果清楚c++模板的解析機制，就不用繞這么多彎了，不僅可以寫出數組打印函數，而且是對所有基礎數據類型數組都有效的打印函數。
我們繼續分析。
前面的分析寫到，（GetArrayLen）“模板函數形參中的T被解析為int[5]”，不僅如此，如果你傳遞的數組長度為8，T就被解析為int[8]，長度為10，T就被解析為int[10]……我們發現模板解析機制可以自動得到輸入數組的長度，這給了我們巨大的驚喜和啟發，是不是可以利用此機制自動獲取傳入的數組長度呢？答案是肯定的，我們還是慢慢來看。
一開始，針對通用數組打印函數問題，我也是百度了一下，得到的一個版本如下：如果你想打印長度為10的數組，那么可以這樣寫：
template <class T> void PrintArray(T (&arr)[10]) { for (int i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", arr[i]); } printf("\r\n"); } void main(int argc, char* argv[]) { int arr[] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}; PrintArray(arr); getchar(); }
但是這樣還是不夠完美，因為只能限制打印的數組長度為10，如果改變一下數組，例如arr[] = {0, 1, 2, 3, 4}，因為傳入數組長度和模板函數聲明的長度不一致，編譯都不會通過，會報如下錯誤：
error C2784: “void PrintArray(T (&)[10])”: 未能從“int [5]”為“T (&)[10]”推導 模板 參數
雖然不夠完美，但是也正是這個不完美的版本以及這句編譯提示，讓我想到了c++背后的模板解析機制，以及做出“模板函數形參中的T被解析為int[5]”這句結論的原因。其實這個版本已經非常接近最終版本了，既然數組長度是動態解析的，那么我們只需要將模板函數聲明中的常量10改為變量是不是就可以了呢？
答案就是這樣的，只需多加一個模板參數聲明，最終完美版便誕生了：
template <class T, int size> void PrintArray(T (&arr)[size]) { for (int i = 0; i < size; i++) { cout<<arr[i]<<" "; } cout<<endl; }
為了通用性，改用cout輸出，為此，需要添加如下兩句預編譯指令：
#include <iostream> using namespace std;
這樣，你就可以用PrintArray打印任意（基礎數據）類型、任意長度的數組了。
這里再回過頭來看一下模板解析過程。以array[] = {0, 1, 2, 3, 4}為例，當調用PrintArray(array)函數，遇到void PrintArray(T (&arr)[size])這樣的模板函數聲明時，編譯器將形參arr作為實參array的別名，同時T被解析為int，size被解析為5（數組長度，可變），這樣就可以正確打印出數組內容了。
5. 結論
- 數組傳遞給函數時會退化成指針
- 模板是C++中一種靈活又復雜的機制，弄清楚這種機制能幫助你更簡單高效地解決實際問題
- 老生常談：學習編程語言沒有捷徑，平時多動手敲代碼，遇到問題善於分析，針對你想到的所有可能設計測試用例，證明或證偽它！