C語言指針與二維數組

二維數組在概念上是二維的，有行和列，但在內存中所有的數組元素都是連續排列的，它們之間沒有“縫隙”。以下面的二維數組 a 為例：

int a[3][4] = { {0, 1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7}, {8, 9, 10, 11} };

從概念上理解，a 的分布像一個矩陣：

0   1   2   3
4   5   6   7
8   9  10  11

但在內存中，a 的分布是一維線性的，整個數組占用一塊連續的內存：

C語言中的二維數組是按行排列的，也就是先存放 a[0] 行，再存放 a[1] 行，最後存放 a[2] 行；每行中的 4 個元素也是依次存放。數組 a 為 int 類型，每個元素占用 4 個字節，整個數組共占用 4×(3×4) = 48 個字節。

C語言允許把一個二維數組分解成多個一維數組來處理。對於數組 a，它可以分解成三個一維數組，即 a[0]、a[1]、a[2]。每一個一維數組又包含了 4 個元素，例如 a[0] 包含 a[0][0]、a[0][1]、a[0][2]、a[0][3]。

假設數組 a 中第 0 個元素的地址為 1000，那麼每個一維數組的首地址如下圖所示：


為了更好的理解指針和二維數組的關系，我們先來定義一個指向 a 的指針變量 p：

int (*p)[4] = a;

括號中的*表明 p 是一個指針，它指向一個數組，數組的類型為int [4]，這正是 a 所包含的每個一維數組的類型。

[ ]的優先級高於*，( )是必須要加的，如果赤裸裸地寫作int *p[4]，那麼應該理解為int *(p[4])，p 就成了一個指針數組，而不是二維數組指針，這在《C語言指針數組》中已經講到。

對指針進行加法（減法）運算時，它前進（後退）的步長與它指向的數據類型有關，p 指向的數據類型是int [4]，那麼p+1就前進 4×4 = 16 個字節，p-1就後退 16 個字節，這正好是數組 a 所包含的每個一維數組的長度。也就是說，p+1會使得指針指向二維數組的下一行，p-1會使得指針指向數組的上一行。

數組名 a 在表達式中也會被轉換為和 p 等價的指針！

下面我們就來探索一下如何使用指針 p 來訪問二維數組中的每個元素。按照上面的定義：
1) p指向數組 a 的開頭，也即第 0 行；p+1前進一行，指向第 1 行。

2) *(p+1)表示取地址上的數據，也就是整個第 1 行數據。注意是一行數據，是多個數據，不是第 1 行中的第 0 個元素，下面的運行結果有力地證明了這一點：

#include <stdio.h>
int main(){
    int a[3][4] = { {0, 1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7}, {8, 9, 10, 11} };
    int (*p)[4] = a;
    printf("%d\n", sizeof(*(p+1)));

    return 0;
}

運行結果：
16

3) *(p+1)+1表示第 1 行第 1 個元素的地址。如何理解呢？

*(p+1)單獨使用時表示的是第 1 行數據，放在表達式中會被轉換為第 1 行數據的首地址，也就是第 1 行第 0 個元素的地址，因為使用整行數據沒有實際的含義，編譯器遇到這種情況都會轉換為指向該行第 0 個元素的指針；就像一維數組的名字，在定義時或者和 sizeof、& 一起使用時才表示整個數組，出現在表達式中就會被轉換為指向數組第 0 個元素的指針。

4) *(*(p+1)+1)表示第 1 行第 1 個元素的值。很明顯，增加一個 * 表示取地址上的數據。

根據上面的結論，可以很容易推出以下的等價關系：

a+i == p+i
a[i] == p[i] == *(a+i) == *(p+i)
a[i][j] == p[i][j] == *(a[i]+j) == *(p[i]+j) == *(*(a+i)+j) == *(*(p+i)+j)

【實例】使用指針遍歷二維數組。

#include <stdio.h>
int main(){
    int a[3][4]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11};
    int(*p)[4];
    int i,j;
    p=a;
    for(i=0; i<3; i++){
        for(j=0; j<4; j++) printf("%2d  ",*(*(p+i)+j));
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

運行結果：

 0   1   2   3
 4   5   6   7
 8   9  10  11

指針數組和二維數組指針的區別

指針數組和二維數組指針在定義時非常相似，只是括號的位置不同：

int *(p1[5]);  //指針數組，可以去掉括號直接寫作 int *p1[5];
int (*p2)[5];  //二維數組指針，不能去掉括號

指針數組和二維數組指針有著本質上的區別：指針數組是一個數組，只是每個元素保存的都是指針，以上面的 p1 為例，在32位環境下它占用 4×5 = 20 個字節的內存。二維數組指針是一個指針，它指向一個二維數組，以上面的 p2 為例，它占用 4 個字節的內存。