图解c/c＋＋多级指针与“多维”数组

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     指针与数组是C/C++编程中非常重要的元素，同时也是较难以理解的。其中，多级指针与“多维”数组更是让很多人云里雾里，其实，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。

     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);

        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。