c++多級指針與「多維」數組

指針與數組是C/C++編程中非常重要的元素，同時也是較難以理解的。其中，多級指針與“多維”數組更是讓很多人云裡霧裡，其實，只要掌握一定的方法，理解多級指針和“多維”數組完全可以像理解一級指針和一維數組那樣簡單。

首先，先聲明一些常識，如果你對這些常識還不理解，請先去彌補一下基礎知識：

1、實際上並不存在多維數組，所謂的多維數組本質上是用一維數組模擬的。
2、數組名是一個常量（意味著不允許對其進行賦值操作），其代表數組首元素的首地址。
3、數組與指針的關係是因為數組下標操作符[]，比如，int a[3][2]相當於*(*(a+3)+2) 。
4、指針是一種變量，也具有類型，其佔用內存空間大小和系統有關，一般32位系統下，sizeof(指針變量)=4。
5、指針可以進行加減算術運算，加減的基本單位是sizeof(指針所指向的數據類型)。
6、對數組的數組名進行取地址(&)操作，其類型為整個數組類型。
7、對數組的數組名進行sizeof運算符操作，其值為整個數組的大小(以字節為單位)。
8、數組作為函數形參時會退化為指針。

一、一維數組與數組指針

假如有一維數組如下：

 char a[3]; 

該數組一共有3個元素，元素的類型為char，如果想定義一個指針指向該數組，也就是如果想把數組名a賦值給一個指針變量，那麼該指針變量的類型應該是什麼呢？前文說過，一個數組的數組名代表其首元素的首地址，也就是相當於&a[0]，而a[0]的類型為char，因此&a[0]類型為char *，因此，可以定義如下的指針變量：

 char * p = a;//相當於char * p = &a[0]

以上文字可用如下內存模型圖表示。

大家都應該知道，a和&a[0]代表的都是數組首元素的首地址，而如果你將&a的值打印出來，會發現該值也等於數組首元素的首地址。請注意我這裡的措辭，也就是說，&a雖然在數值上也等於數組首元素首地址的值，但是其類型並不是數組首元素首地址類型，也就是char *p = &a是錯誤的。

前文第6條常識已經說過，對數組名進行取地址操作，其類型為整個數組，因此，&a的類型是char (*)[3]，所以正確的賦值方式如下:

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

注：很多人對類似於a+1,&a+1,&a[0]+1,sizeof(a),sizeof(&a)等感到迷惑，其實只要搞清楚指針的類型就可以迎刃而解。比如在面對a+1和&a+1的區別時，由於a表示數組首元素首地址，其類型為char *，因此a+1相當於數組首地址值+sizeof(char)；而&a的類型為char (*)[3]，代表整個數組，因此&a+1相當於數組首地址值+sizeof(a)。（sizeof(a)代表整個數組大小，前文第7條說明，但是無論數組大小如何，sizeof(&a)永遠等於一個指針變量佔用空間的大小，具體與系統平臺有關）

假如有如下二維數組：

 char a[3][2];

由於實際上並不存在多維數組，因此，可以將a[3][2]看成是一個具有3個元素的一維數組，只是這三個元素分別又是一個一維數組。實際上，在內存中，該數組的確是按照一維數組的形式存儲的，存儲順序為(低地址在前)：a[0][0]、a[0][1]、a[1][0]、a[1][1]、a[2][0]、a[2][1]。(此種方式也不是絕對，也有按列優先存儲的模式)

為了方便理解，我畫了一張邏輯上的內存圖，之所以說是邏輯上的，是因為該圖只是便於理解，並不是數組在內存中實際的存儲模型（實際模型為前文所述）。

如上圖所示，我們可以將數組分成兩個維度來看，首先是第一維，將a[3][2]看成一個具有三個元素的一維數組，元素分別為：a[0]、a[1]、a[2]，其中，a[0]、a[1]、a[2]又分別是一個具有兩個元素的一維數組(元素類型為char)。從第二個維度看，此處可以將a[0]、a[1]、a[2]看成自己代表”第二維”數組的數組名，以a[0]為例，a[0](數組名)代表的一維數組是一個具有兩個char類型元素的數組，而a[0]是這個數組的數組名(代表數組首元素首地址)，因此a[0]類型為char *，同理a[1]和a[2]類型都是char *。而a是第一維數組的數組名，代表首元素首地址，而首元素是一個具有兩個char類型元素的一維數組，因此a就是一個指向具有兩個char類型元素數組的數組指針，也就是char(*)[2]。

也就是說，如下的賦值是正確的:

 char (*p)[2] = a;//a為第一維數組的數組名，類型為char (*)[2]
 char * p = a[0];//a[0]維第二維數組的數組名，類型為char *

同樣，對a取地址操作代表整個數組的首地址，類型為數組類型(請允許我暫且這麼稱呼)，也就是char (*)[3][2]，所以如下賦值是正確的：

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

三、三維數組與數組指針

假設有三維數組：

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

同樣，為了便於理解，特意畫了如下的邏輯內存圖。分析方法和二維數組類似，首先，從第一維角度看過去，a[3][2][2]是一個具有三個元素a[0]、a[1]、a[2]的一維數組，只是這三個元素分別又是一個"二維"數組,a作為第一維數組的數組名，代表數組首元素的首地址，也就是一個指向一個二維數組的數組指針，其類型為char (*)[2][2]。從第二維角度看過去，a[0]、a[1]、a[2]分別是第二維數組的數組名，代表第二維數組的首元素的首地址，也就是一個指向一維數組的數組指針，類型為char(*)[2]；同理，從第三維角度看過去，a[0][0]、a[0][1]、a[1][0]、a[1][1]、a[2][0]、a[2][1]又分別是第三維數組的數組名，代表第三維數組的首元素的首地址，也就是一個指向char類型的指針，類型為char *。

由上可知，以下的賦值是正確的：

 char (*p)[3][2][2] = &a;//對數組名取地址類型為整個數組
 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：多級指針

所謂的多級指針，就是一個指向指針的指針，比如:

 char *p = "my name is chenyang.";
 char **pp = &p;//二級指針
 char ***ppp = &pp;//三級指針

假設以上語句都位於函數體內，則可以使用下面的簡化圖來表達多級指針之間的指向關係。

多級指針通常用來作為函數的形參，比如常見的main函數聲明如下:

 int main(int argc,char ** argv)

因為當數組用作函數的形參的時候，會退化為指針來處理，所以上面的形式和下面是一樣的。

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

argv用於接收用戶輸入的命令參數，這些參數會以字符串數組的形式傳入，類似於:

 char * parm[] = {"parm1","parm2","parm3","parm4"};//模擬用戶傳入的參數
 main(sizeof(parm)/sizeof(char *),parm);//模擬調用main函數，實際中main函數是由入口函數調用的(glibc中的入口函數默認為_start)

多級指針的另一種常見用法是，假設用戶想調用一個函數分配一段內存，那麼分配的內存地址可以有兩種方式拿到：第一種是通過函數的返回值，該種方式的函數聲明如下：

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

第二種獲取地址的方法是使用二級指針，代碼如下：

 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);

關於多級指針的用法很多，尤其以二級指針應用最為廣泛，後續的有時間再進行補充。

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關鍵字: 技術 指針 多維