图文详解c/c++中的多级指针与多维数组

 更新时间:2016年08月23日 10:12:53   投稿:daisy  
多维数组与多级指针是初学者经常感觉迷糊的一个地方。超过二维的数组和超过二级的指针其实并不多用。但只要掌握一定的方法,理解多级指针和“多维”数组完全可以像理解一级指针和一维数组那样简单。

前言

首先先声明一些常识,如果你对这些常识还不理解,请先去弥补一下基础知识:

     1、实际上并不存在多维数组,所谓的多维数组本质上是用一维数组模拟的。

     2、数组名是一个常量(意味着不允许对其进行赋值操作),其代表数组首元素的首地址。

     3、数组与指针的关系是因为数组下标操作符[],比如,int a[3][2]相当于*(*(a+3)+2) 。

     4、指针是一种变量,也具有类型,其占用内存空间大小和系统有关,一般32位系统下,sizeof(指针变量)=4。

     5、指针可以进行加减算术运算,加减的基本单位是sizeof(指针所指向的数据类型)。

     6、对数组的数组名进行取地址(&)操作,其类型为整个数组类型。

     7、对数组的数组名进行sizeof运算符操作,其值为整个数组的大小(以字节为单位)。

     8、数组作为函数形参时会退化为指针。

 一、一维数组与数组指针

      假如有一维数组如下:

 char a[3];

      该数组一共有3个元素,元素的类型为char,如果想定义一个指针指向该数组,也就是如果想把数组名a赋值给一个指针变量,那么该指针变量的类型应该是什么呢?前文说过,一个数组的数组名代表其首元素的首地址,也就是相当于&a[0],而a[0]的类型为char,因此&a[0]类型为char *,因此,可以定义如下的指针变量: 

 char * p = a;//相当于char * p = &a[0]

      以上文字可用如下内存模型图表示。

 

      大家都应该知道,a和&a[0]代表的都是数组首元素的首地址,而如果你将&a的值打印出来,会发现该值也等于数组首元素的首地址。请注意我这里的措辞,也就是说,&a虽然在数值上也等于数组首元素首地址的值,但是其类型并不是数组首元素首地址类型,也就是char *p = &a是错误的。

      前文第6条常识已经说过,对数组名进行取地址操作,其类型为整个数组,因此,&a的类型是char (*)[3],所以正确的赋值方式如下:

 char (*p)[3] = &a;

      注:很多人对类似于a+1,&a+1,&a[0]+1,sizeof(a),sizeof(&a)等感到迷惑,其实只要搞清楚指针的类型就可以迎刃而解。比如在面对a+1和&a+1的区别时,由于a表示数组首元素首地址,其类型为char *,因此a+1相当于数组首地址值+sizeof(char);而&a的类型为char (*)[3],代表整个数组,因此&a+1相当于数组首地址值+sizeof(a)。(sizeof(a)代表整个数组大小,前文第7条说明,但是无论数组大小如何,sizeof(&a)永远等于一个指针变量占用空间的大小,具体与系统平台有关)

二、二维数组与数组指针

      假如有如下二维数组:

 char a[3][2];

      由于实际上并不存在多维数组,因此,可以将a[3][2]看成是一个具有3个元素的一维数组,只是这三个元素分别又是一个一维数组。实际上,在内存中,该数组的确是按照一维数组的形式存储的,存储顺序为(低地址在前):a[0][0]、a[0][1]、a[1][0]、a[1][1]、a[2][0]、a[2][1]。(此种方式也不是绝对,也有按列优先存储的模式)

      为了方便理解,我画了一张逻辑上的内存图,之所以说是逻辑上的,是因为该图只是便于理解,并不是数组在内存中实际的存储模型(实际模型为前文所述)。

    

      如上图所示,我们可以将数组分成两个维度来看,首先是第一维,将a[3][2]看成一个具有三个元素的一维数组,元素分别为:a[0]、a[1]、a[2],其中,a[0]、a[1]、a[2]又分别是一个具有两个元素的一维数组(元素类型为char)。从第二个维度看,此处可以将a[0]、a[1]、a[2]看成自己代表”第二维”数组的数组名,以a[0]为例,a[0](数组名)代表的一维数组是一个具有两个char类型元素的数组,而a[0]是这个数组的数组名(代表数组首元素首地址),因此a[0]类型为char *,同理a[1]和a[2]类型都是char *。而a是第一维数组的数组名,代表首元素首地址,而首元素是一个具有两个char类型元素的一维数组,因此a就是一个指向具有两个char类型元素数组的数组指针,也就是char(*)[2]。

     也就是说,如下的赋值是正确的:

 char (*p)[2] = a;//a为第一维数组的数组名,类型为char (*)[2]

 char * p = a[0];//a[0]维第二维数组的数组名,类型为char *

      同样,对a取地址操作代表整个数组的首地址,类型为数组类型(请允许我暂且这么称呼),也就是char (*)[3][2],所以如下赋值是正确的: 

 char (*p)[3][2] = &a;

三、三维数组与数组指针

     假设有三维数组:

 char a[3][2][2];

     同样,为了便于理解,特意画了如下的逻辑内存图。分析方法和二维数组类似,首先,从第一维角度看过去,a[3][2][2]是一个具有三个元素a[0]、a[1]、a[2]的一维数组,只是这三个元素分别又是一个"二维"数组,a作为第一维数组的数组名,代表数组首元素的首地址,也就是一个指向一个二维数组的数组指针,其类型为char (*)[2][2]。从第二维角度看过去,a[0]、a[1]、a[2]分别是第二维数组的数组名,代表第二维数组的首元素的首地址,也就是一个指向一维数组的数组指针,类型为char(*)[2];同理,从第三维角度看过去,a[0][0]、a[0][1]、a[1][0]、a[1][1]、a[2][0]、a[2][1]又分别是第三维数组的数组名,代表第三维数组的首元素的首地址,也就是一个指向char类型的指针,类型为char *。

            由上可知,以下的赋值是正确的:

  char (*p)[3][2][2] = &a;//对数组名取地址类型为整个数组
  char (*p)[2][2] = a;
  char (*p) [2] = a[0];//或者a[1]、a[2]
  char *p = a[0][0];//或者a[0][1]、a[1][0]...

四:多级指针

      所谓的多级指针,就是一个指向指针的指针,比如:

  char *p = "my name is chenyang.";

  char **pp = &p;//二级指针

  char ***ppp = &pp;//三级指针

      假设以上语句都位于函数体内,则可以使用下面的简化图来表达多级指针之间的指向关系。

     

         多级指针通常用来作为函数的形参,比如常见的main函数声明如下:

 int main(int argc,char ** argv)

         因为当数组用作函数的形参的时候,会退化为指针来处理,所以上面的形式和下面是一样的。

 int mian(int argc,char* argv[]) 

         argv用于接收用户输入的命令参数,这些参数会以字符串数组的形式传入,类似于:

 char * parm[] = {"parm1","parm2","parm3","parm4"};//模拟用户传入的参数

 main(sizeof(parm)/sizeof(char *),parm);//模拟调用main函数,实际中main函数是由入口函数调用的(glibc中的入口函数默认为_start)

         多级指针的另一种常见用法是,假设用户想调用一个函数分配一段内存,那么分配的内存地址可以有两种方式拿到:第一种是通过函数的返回值,该种方式的函数声明如下:

 void * get_memery(int size)
 {
  void *p = malloc(size);
  return p;
  }

        第二种获取地址的方法是使用二级指针,代码如下:

 int get_memery(int** buf,int size)
 { 
  *buf = (int *)malloc(size);
  if(*buf == NULL)
   return -1;
  else
   return 0;
 }
  int *p = NULL;
  get_memery(&p,10);

总结

关于多级指针的用法很多,尤其以二级指针应用最为广泛,后续的有时间再进行补充。c/c++中的多级指针与多维数组的内容到这就基本结束了,希望本文的内容对大家能有所帮助。

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