數組、函數與指針

參考

The C Programming Language-Chapter 5 Pointers and Arrays

前言

在上一篇文章動態數組（一維二維）探秘介紹了數組的一些知識，在最后碰到了一個如何申請二位數組的問題，這篇文章就延伸一下，介紹介紹數組、函數和指針更深層次的關系。

基礎知識

int a[10]  一維數組，數組中有連續的十個元素，每個元素都是int類型。

int *p  指針，保存的是一塊數據的地址，這塊數據是int類型，也就是當程序訪問到p指向的地址的時候，需要按照int類型把后面連續的幾塊數據按照一個整體讀取

int v  int類型的數據

p = &v  把v的地址賦值給p，那么現在p指向的就是v的地址

p = &a[0]  把數組第一個元素的地址賦值給p，那么現在p指向的就是數組a第一個元素的地址

int *p到底是什么

按照The C Programming Language中介紹，這個表達式應該看成int (*p)，也就是*p是個變量，它是一個int類型，與int v是等價的。*在變量前表示把當前的指針類型解析成它指向的數據類型，那么去掉*，就表示它是一個指針。

進一步說，就是，p是一個指針，*的作用是把p（指針）解析成它指向的數據，*p就是p指向的數據，類型是int，也就是我們說的p是一個指向int類型的指針

如果這樣理解的話，下面這條聲明變量的語句就很好理解了

int *p, v;

由於運算符優先級的關系，這個等價於

int *p; int v;

*p和v是等價的。這條語句相當於聲明了兩個int變量，*p和v。v無法進一步解析，所以v就是一個int變量；*p可以進一步解析，把*去掉，那么p就是一個指針，也就是指向int類型變量的指針。

int a[10]中的a又如何理解

由The C Programming Language中我們可以看到，a指向了a[10]數組開始的地址，與&a[0]（數組第一個元素的地址）是一樣的，如下圖

設置p等於a或是a[0]的地址，這樣p和a的作用就一樣了。只不過a是一個常量，p是一個變量，a不能被賦值或是做加減乘除的運算，p可以

p = a;
//或者
p = &a[0];

數組與指針有着密切聯系，數組可以看做指針指向了一塊連續的內存區域，實際上也確實如此。如下圖

a[0]就是*(a+0)也就是*(pa+0)，從這里就可以理解為什么c/c++的索引是從0開始。

在c/c++中，對指針做加一的操作，相當於把指針移動到下一個數據的位置，移動多少，取決於指針指向的類型是什么，跨度就是這個類型占用的空間。

比如上圖，不管a是什么類型的數組，a+1或是p+1，移動的距離就是a數組中元素占用內存的字節數。比如a中是char（占用一個字節），a指向0x0001，那么a+1就指向0x0002；如果是int（占用四個字節），a指向0x0001，a+1就指向0x0005。

再談二維數組

如下圖數組a是一個二維數組，相當於一個數組指針的數組，這個數組有2個元素，每個元素又指向了一個一維數組，每個一維數組的元素個數是5

那么二維數組的指針是什么呢？我們知道一維數組相當於指針，那么二維數組相當於數組中保存了一維數組，也就是數組中保存了指針，也就是指針數組，那么二維數組就相當於指針的指針。

但是當我們編譯下面的代碼的時候，會提示error C2440: 'initializing': cannot convert from 'char [2][5]' to 'char **'，鼠標放在出錯的地方提示a value of type "char (*)[5]" cannot be used to initialize an entity of type "char **"

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

這是為什么呢？實際上二維數組，或是多維數組的指針不是這樣定義的，必須要指定這個數組指針數組中每個元素是什么樣的，如下才是正常的

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

實際上我們可以用一個指針操作二維數組，也可以用指針的指針操作二維數組，只需要強轉就行。不管是幾維的數組，在內存中都是連續的，我們只需指向數組的開始位置，一個個訪問就可以了。

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

在動態數組（一維二維）探秘 中我們碰到了一個問題，就是，從內存中看，申請一個一維數組和二維數組一樣，都是一塊連續的空間，但是如果用一維數組的方式申請一塊連續的空間，我們用指針加1，發現它並不會像真正的二維數組一樣，向前跳動一排的元素空間大小，還是跳動一個元素大小。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

這是為什么呢？很明顯，pa不管怎么操作，它只是一個char的指針，那么按照c語言的規則，每次跳動只能是一個char的大小，也就是1；而a是一個char [5]的指針，那么每次跳轉就是char[5]的大小，也就是5.

上面的4個，有一個是特殊的，就是char (*a3)[5]。其他的都是數組，這個是指針:

• char a1[2]是一個一維數組，里面有兩個char元素
• char * a2[2]是一個數組，里面有兩個char*元素
• char a4[2][5]是一個二維數組，里面有2*5個char元素，或是說里面有2個char[5]
• 而char (*a3)[5]是一個指針，指向的類型是char[5]。我們可以用上面的方式拆分一下，char (*a3)[5]是一個數組，里面保存的是有5個char的連續數據，*a3就是這個數組，去掉*，那么a3就是一個指針，指向的是一個char [5]

char a1[5] char a2[2][5] char (*a3)[5]有什么聯系

char a1[5]和char a2[2][5]的指針形式都是char (*a3)[5]，這就是它們之間的聯系。可能看上去有點懵，實際上這個與char b1和char b2[5]的指針形式都是char * b3是一樣的。

我們知道char b1和char b2[5]的指針形式都是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第一個元素的地址，b3++就可以訪問b2的第二個元素。

在c語言中，沒有越界檢測，這即提供了方便，也增加了風險。c語言中最危險的陷阱之一就是越界和野指針。從邏輯或是實現上來說，這又是c語言中的精髓，底層邏輯簡單，應用執行速度快，不需要考慮任何額外的操作。如果是指針，那么指針加一，就是跳轉到下一塊數據，也就是把當前指向的這塊數據跳過去。

同樣a3=a1，就是指向了一塊數據，這個數據類型是一個char[5]。如果是多個char[5]呢？比如a3=a2，那就是一個一行5個元素或是說5列的二維數組了。a3++，就是跳轉5個元素的大小，這樣就可以直接用a3[1][2]的方式訪問了，這就是二維數組。

函數與指針

在c語言中，函數並不是一個變量，但是可以定義成一個指針，允許被賦值、傳遞等。

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是一個函數，函數的返回值是int，函數有兩個參數，每個參數都是int指針
• fun2是一個函數，函數的返回值是int指針，函數有兩個參數，每個參數都是int指針
• fun3是一個指針，指針的類型是一個函數，這個函數的返回值是int，函數有兩個參數，每個參數都是int指針
• fun4是一個指針，指針的類型是一個函數，這個函數的返回值是int指針，函數有兩個參數，每個參數都是int指針

我們可以看出fun3就是fun1的指針，fun4就是fun2的指針。

fun3 = fun1;
fun4 = fun2;

做了以上賦值后，調用fun3就相當於調用fun1，同理調用fun4就相當於調用fun2。調用方法如下

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);

在這里我們看到好多用法定義都與數組和數組的指針類似。同樣fun3與fun1的區別，fun1和fun2是常量，不可以修改賦值，而fun3和fun4可以。

函數指針強轉

雖然這是一個小知識點，但是可以幫助我們進一步了解指針，比如我們有一個函數需要傳入函數指針，參數是void指針，需要我們把int指針參數的函數強轉傳入

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));

這里僅僅是為了測試說明，從long轉到int是被禁止的，防止溢出。

我們看到test是一個函數，函數的參數是一個函數指針，在c語言中想要傳遞函數，也只能通過指針的方式。這個函數指針返回值是一個int，有兩個int參數。

第一個調用就是把testcomp傳遞進去，函數形式與聲明的一致，所以不需要強轉

第二個調用，testcomp1與test定義的傳入的參數不一致，需要轉化一下，這里就可以看出來函數的指針形式如何定義

int(*)(int, int)這就是定義了一個函數指針的形式，int是返回值，(*)表示是一個指針，(int, int)表示傳入的參數是兩個int

令人頭暈的各種指針的聲明

在The C Programming Language[5.12 Complicated Declarations]中也介紹了，c語言有關指針的聲明，有時候非常迷惑，它並不能從左向右按照順序的解析，往往是從中間一個地方開始，向左右擴展，還要時不時的把一堆表達式看做一個整體。

char *a-char的指針

char **a-指向char指針的指針

char (*a)[13]-指向數組的指針，這個數組是包含13個char類型的數組

char *a[13]-含有13個char指針的數組

char (*a)()-函數指針，這個函數的返回值是char，傳入的參數是空

char (*(*x())[2])()-這是一個函數，函數的返回值是一個指向數組的指針，這個數組中包含的是一個函數指針，這個函數模型是返回char，傳入參數是空

char(*(*pa)[2])()-這就是上面函數返回值，這是一個數組指針，數組中有兩個元素，這個元素是一個函數指針，函數的模型是返回char，傳入參數是空

char (*(*x[3])())[5]-這是一個數組，數組中有3個元素，每個元素是一個函數指針，函數的模型是傳入參數是空，返回值是一個數組的指針，這個數組有5個元素，每個元素是char

再來一個

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

int (*p[10])(int*)-這是一個數組，數組有10個元素，每個元素是一個函數指針，這個函數返回值是int，傳入參數是int指針

終極解釋

我們通過資料和示例可以總結一下關於指針或是c語言中定義類型的時候是如何拆分的了，首先與變量名最近的符號，表明了這個變量的類型，然后一層層向外增加額外的解釋，我們就一個個舉例實驗一下

int a-這里的a是變量名，從這里開始，向兩邊查找，只有int，那么a就是一個int

int *a-從a開始，有*，表示是一個指針，指針的原形呢？就是int，所以a是一個int指針

int a[10]-從a開始，a右邊是一個[]，表示是一個數組，數組中有10個元素，元素的類型呢？把a[10]看做整體，就是int，所以a就是含有10個int元素的數組

int *a[10]-從a開始，a右邊是一個[]，所以a是一個數組，數組中有10個元素，元素的類型呢？把a[10]看做整體，比如XX，那么就變成了int * XX，就與上面的int *a一樣了。有*，所以元素是指針，指針的類型是int，所以a就是包含10個int指針的數組

int (*a)[10]-從a開始，因為被()限制，所以a與*結合，那么a是一個指針，指針的類型呢？把(*a)看做一個整體，那么就是int[10]，指針的類型就是一個數組，這個數組有10個元素，每個元素是int，所以a就是含有10個int元素數組的指針

int a[2][5]-從a開始，a的右邊是[][]，所以a是一個二維數組，數組元素是int

int f()-從f開始，f右邊是()，所以f是函數，函數參數是空，返回值是int

int *f()-從f開始，f右邊是()，所以f是函數，函數的參數是空，返回值是int指針

int (*f)()-從f開始，因為被()限制，所以f與*結合，那么f是指針，指針的類型呢？把(*f)看做整體，那么就是一個函數，所以指針的類型是函數，函數的參數是空，返回值是int，所以f是一個指向參數是空返回值是int的函數的指針

char (*(*x())[2])()-從x開始，x右邊有()，所以x是函數。那么把x()看做整體，由於()限制，x()與*結合，表示函數返回值是一個指針。再把(*x())看做整體，與右邊的[2]結合，表示這是一個含有2個元素的數組，到這里的解釋是，x是一個返回值是一個數組指針的函數。再把(*x())[2]看做整體，前面又有一個*，表示這是一個指針，到這里的解釋是，x是一個返回值是一個數組指針的函數，數組中的元素是指針。再把(*(*x())[2])看做整體，就很明顯了，這是一個函數，類似於char XX()，函數的返回值是char，參數是空，最終這個表達式的意思是，x是一個函數，函數的返回值是一個數組指針，數組中有2個元素，元素的類型是一個函數指針，函數的返回值是char，參數是空。

char (*(*x[3])())[5]-從x開始，x右邊是[]，所以x是數組。數組前面又*，所以數組元素是指針。指針后面有()，所以是函數指針。函數指針前面有*，函數返回值是指針。返回值指針后面有[5]，所以函數返回值指針是數組。最后前面是char，所以x是一個含有3個元素的數組，數組的元素是一個函數指針，函數的參數是空，返回值是一個char[5]的數組指針。

int (*p[10])(int*)-p是數組，數組中的元素是指針，指針的類型是函數，函數的模型是返回值是int，參數是int*