《C和指针》笔记31：多维数组的数组名、指向多维数组的指针、作为函数参数的多维数组

1. 指向多维数组的数组名

我们知道一维数组名的值是一个指针常量，它的类型是“指向元素类型的指针”，它指向数组的第1个元素。那么多维数组的数组名代表什么呢？

其实也差不多简单。唯一的区别是多维数组第1维的元素实际上是另一个数组。例如，下面这个声明：

int matrix[3][10];
1

matrix数组可以看作是一个一维数组，包含3个元素，只是每个元素恰好是包含10个整型元素的数组。matrix这个名字的值是一个指向它第1个元素的指针，所以matrix是一个指向一个包含10个整型元素的数组的指针。

那么下面各个表达式是什么意思呢？如果你能正确说出来，说明你对多维数组的数组名已经了如指掌了~

1. matrix + 1

这也是一个“指向包含10个整型元素的数组的指针”，但它指向matrix的另一行：

为什么？因为1这个值根据包含10个整型元素的数组的长度进行调整，所以它指向matrix的下一行。

2. *(matrix + 1)

如果对其执行间接访问操作，就如下图随箭头选择中间这个子数组：

事实上它标识了一个包含10个整型元素的子数组。数组名的值是个常量指针，它指向数组的第1个元素，在这个表达式中也是如此。它的类型是“指向整型的指针”。我们现在可以在下一维的上下文环境中显示它的值：

注意间接访问后还是一个指针，间接访问前是一个指向一维整型数组的指针，间接访问后是一个指向整型的指针。

3. *( matrix + 1 ) + 5

前一个表达式是个指向整型值的指针，所以5这个值根据整型的长度进行调整。整个表达式的结果是一个指针，它指向的位置比原先那个表达式所指向的位置向后移动了5个整型元素。

4. *( *( matrix + 1 ) + 5 )

对其执行间接访问操作，它所访问的正是图中的那个整型元素。如果它作为右值使用，你就取
得存储于那个位置的值。如果它作为左值使用，这个位置将存储一个新值。

5. *( matrix[1] + 5 )

这个看上去吓人的表达式实际上正是我们的老朋友——下标。我们可以把子表达式matrix[1]改写为*(matrix + 1)。

这个表达式是完全合法的。matrix[1]选定一个子数组，所以它的类型是一个指向整型的指针。我们对这个指针加上5，然后执行间接访问操作。

6. matrix[1][5]

这个就是我们最常见的表达形式了。用下标代替间接访问，其含义和4、5一样。

2. 指向多维数组的指针

下面这些声明合法吗？

int vector[10], *vp = vector;
int matrix[3][10], *mp = matrix;
1
2

1个声明是合法的。它为一个整型数组分配内存，并把vp声明为一个指向整型的指针，并把它初始化为指向vector数组的第1个元素。vector和vp具有相同的类型：指向整型的指针。但是，第2个声明是非法的。它正确地创建了matrix数组，并把mp声明为一个指向整型的指针。但是，
mp的初始化是不正确的，因为matrix并不是一个指向整型的指针，而是一个指向整型数组的指针。我们应该怎样声明一个指向整型数组的指针的呢？

int (*p)[10];
1

下标引用的优先级高于间接访问，但由于括号的存在，首先执行的还是间接访问。所以，p是个指针，但它指向什么呢？接下来执行的是下标引用，所以p指向某种类型的数组。这个声明表达式中并没有更多的操作符，所以数组的每个元素都是整数。

我们对它执行间接访问操作时，我们得到的是个数组，对该数组进行下标引用操作得到的是一个整型值。所以p是一个指向整型数组的指针。

int (*p)[10] = matrix;
1

它使p指向matrix的第1行。p是一个指向拥有10个整型元素的数组的指针。当你把p与一个整数
相加时，该整数值首先根据10个整型值的长度进行调整，然后再执行加法。所以我们可以使用这个指针一行一行地在matrix中移动。

不要想当然地认为一维数组的数组名是int *，二维数组是int **，两者还是有明显差别的。

如果需要一个指针逐个访问整型元素而不是逐行在数组中移动，应该怎么办呢？下面两个声明都创建了一个简单的整型指针，并以两种不同的方式进行初始化，指向matrix的第1个整型元素。

int *pi = &matrix[0][0];
1

int *pi = matrix[0];
1

增加这个指针的值使它指向下一个整型元素。

如果你打算在指针上执行任何指针运算，应该避免这种类型的声明：

int (*p)[] = matrix;
1

p仍然是一个指向整型数组的指针，但数组的长度却不见了。当某个整数与这种类型的指针执行指针运算时，它的值将根据空数组的长度进行调整（也就是说，与零相乘），这很可能不是你所设想的。有些编译器可以捕捉到这类错误，但有些编译器却不能。所以不要在一个指向未指定长度的数组的指针上执行指针运算。

3. 作为函数参数的多维数组

作为函数参数的多维数组名的传递方式和一维数组名相同——实际传递的是个指向数组第1个元素的指针。但是，两者之间的区别在于，多维数组的每个元素本身是另外一个数组，编译器需要知道它的维数，以便为函数形参的下标表达式进行求值。

• 一维数组：

int vector[10];
...
func1(vector);
1
2
3

参数vector的类型是指向整型的指针，所以func1的原型可以是下面两种中的任何一种：

void func1( int *vec );
void func1(int vec[] );
1
2

作用于vec上面的指针运算把整型的长度作为它的调整因子。

• 多维数组：

int matrix[3][10];
...
func2( matrix );
1
2
3

参数matrix的类型是指向包含10个整型元素的数组的指针。func2的原型应该是怎样的呢？

void func2( int (*mat)[10] );
void func2( int mat[][10] );
1
2

在这个函数中，mat的第1个下标根据包含10个元素的整型数组的长度进行调整，接着第2个下标根据整型的长度进行调整，这和原先的matrix数组一样。

这里的关键在于编译器必须知道第2个及以后各维的长度才能对各下标进行求值，因此在原型中必须声明这些维的长度。第1维的长度并不需要，因为在计算下标值时用不到它。

在编写一维数组形参的函数原型时，你既可以把它写成数组的形式，也可以把它写成指针的形式。但是，对于多维数组，只有第1维可以进行如此选择。尤其是，把func2写成下面这样的原型是不正确的：

void func2( int **mat );
1

这个例子把mat声明为一个指向整型指针的指针，它和指向整型数组的指针并不是一回事。

参考

1. 《C和指针》