C 語言返璞歸真： 指針篇（4）

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前言

前面一篇說到了複雜指針的第一種指針——二重指針， 本篇博文接着來聊聊更加複雜的指針。

指針數組和數組指針

首先需要明確的是指針數組是數組，而數組指針是指針。 之所以把它們放在一起， 是因爲它們在形式上非常相似， 但實際上它們的用法和意義完全不同。 譬如定義一個指針數組： int *a[10]， 表示一個有 10 個 int* 類型指針的數組； 定義一個數組指針： int (*pa)[10]， 可以表示一個指向 int 類型、長度爲 10 的一維數組的指針。 

注意： 上面提到的都是我們比較常見的指針數組和數組指針， 實際上還有許多指針數組和數組指針， 譬如： int **a[10]、 int (*pa)[10][10] 等等， 但是這些出現的頻率實在太低， 所以一般說到指針數組和數組指針時都特指上述兩類比較常見的。

指針數組和數組指針在內存中的表示

1.指針數組

從圖上看到內存中開闢了兩塊空間， 一塊用於存儲二重指針 pa， 一塊空間用於存儲指針數組。 並且二重指針 pa 指向了指針數組名 a。指針數組本質上和一維數組沒有區別， 唯一區別的是它們存儲的東西不同， 指針數組存儲的元素是指針。 圖中， 我特意在指針數組的下面標明瞭數組元素的假定地址， 這裏使用的模型是 LP64， 所以該指針數組裏面的元素都是 8 byte 大小的指針。 注意指針的大小與指針類型無關。 

在指針篇（3）一文中， 我們提到了二重指針可以指向一重指針。 那麼爲什麼二重指針可以指向指針數組名呢？ 我們知道一維數組的數組名在作右值時可以隱式轉換爲指針類型， 等效於數組首元素首地址。 同理指針數組名在作右值時也可以隱式轉換爲指針類型， 等效於數組首元素首地址。所以「pa = a 」等效於「pa = &a[0] 」。 指針數組的元素都是指針， 所以「pa = a 」是成立的。

2. 數組指針

顧名思義， 數組指針是指針， 而且是專門用於指向數組的指針。 它可以指向一維數組、 二維數組甚至是三維數組。 但指向一維數組和三維數組時意義不大。 下面說明一下數組指針指向二維數組的內存分佈情況：

仔細觀察你會發現， 實際上二維數組和一維數組在存儲方式上並沒有不同。 上面的二維數組 a[2][10] 與 a[20] 在內存中的存儲方式完全相同，是線性存儲， 而不是二維方式存儲。所以其實一維數組完全可以替代二維乃至於更高維的數組。 不過對於編程者來說， 二維數組在很多時候更加容易處理， 也可以增加程序的可讀性。 

再觀察上面的圖， 會發現二維數組的 20 個元素被分爲兩組， 一組是 a[0]， 另外一組是 a[1]。 因爲二維數組的這種特性類似於數學中的行列式（矩陣）， 所以經常二維數組的第一維稱爲數組的行， 第二維稱爲數組的列。 這種稱法更有助於理解二維數組。 在定義時需要初始化一個二維數組時， 也建議寫成行列式（矩陣）的形式， 比如：

這種分行初始化的寫法更加不容易出錯， 也利於編程者閱讀代碼。 

既然二維數組和一維數組在存儲方式沒有什麼區別， 那麼一重指針也完全可以指向二維數組， 只要指向二維數組的首元素即可。 代碼如下：

int a[2][10] = 
{
	{ 0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9,},
	{10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19,},
};

int *pa = NULL;
pa = &a[0][0];

換作數組指針呢？ 數組指針指向二維數組的第一維， 同時它限定了指向的數組的第二維大小。 譬如上述的 int (*pa)[10]只能指向第二維大小是 10 的二維數組。 代碼如下：

int a[2][10] = 
{
	{ 0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9,},
	{10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19,},
};

int (*pa)[10] = NULL;
pa = a;

區分指針數組和數組指針的技巧

很多人弄不清楚指針數組和數組指針這兩者到底哪個是指針， 哪個是數組。 所以我們首先說說如何在字面上區分這兩者。 其實在中文表達當中， 通常會把名詞（主語）放在後面， 修飾詞（定語）放在前面。 所以指針數組是數組在後， 指針在前， 重點表示的是數組。 反之， 數組指針它重點要表達的是一個指針。

那麼又如何區分具體的 C 語言代碼呢？這裏涉及到一個運算符優先級的問題。 C 語言中有一個運算符優先級表， 大多數情況下不需要用到這個優先級表。 不過作爲 C 語言的一個知識點， 也有必要會看懂優先級表和記住幾個比較重要運算符的優先級。 關於這一點會在下一篇博文中講解。 這裏我們只涉及到「*」（解引用運算符）、「()」、「[]」這三個運算符。

在優先級表中， 上述的幾個運算符的優先級順序爲：「[]」>  「()」 > 「*」。 所以當「*」和「[]」同時作用於 a 的時候， a 先與「[]」結合構成一個數組， 然後再與「*」結合， 結果構成一個指針數組， 其實指針數組也可以寫成 int *(a[10])，不過這裏的括號沒有起到任何作用， 因爲「[]」的優先級高於「*」； 同理數組指針中「()」就起到了一個隔離的作用， 這時候「[]」就不直接作用於 a， 所以 a 要先與「*」結合構成指針，然後再與「[]」結合。

2017 年 7 月 13 日

Kilento