漫谈：C语言 C++ 数组的迷惑与混乱

数组的迷惑与混乱"/>

漫谈：C语言 C++ 数组的迷惑与混乱

        C语言设计很失败，起码数组的设计很失败。

        看看这是什么：

int a[5];

        “这是一个int数组，共有5个元素”——回答正确。

int a[5][3];

        “这是一个int二维数组，第一维为5，第二维为3，一共有5X3=15个元素”——不难对吧。

int a[5][3];a是什么类型？
a+0是什么类型？
*a是什么类型？

        “a是二维数组，a+0是一维数组，*a是int”——你确定吗？

数组名究竟是什么

        我们知道数组名就是数组的首地址——这个说法有没有问题？既然是首地址，为什么不是一个指针？但是数组名确实可以当作指针来用，比如“a+0”就是指针运算。

        有点晕吗？我们用代码来研究一下这些东西。

        作为前提，我们要知道这两个东西：

• sizeof() 一个类型或对象的字节大小
• typeid().name() 一个类型或对象的类型名称

        以下代码为VS2022的C++代码（64位编译）：

#include <stdio.h>
#include <typeinfo>int main()
{int a[5][3];int* p;printf("sizeof(int)       : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(int), typeid(int).name());printf("sizeof(p)         : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(p), typeid(p).name());printf("sizeof(a)         : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(a), typeid(a).name());printf("sizeof(*a)        : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(*a), typeid(*a).name());printf("sizeof(a[0])      : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(a[0]), typeid(a[0]).name());printf("sizeof(*a[0])     : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(*a[0]), typeid(*a[0]).name());printf("sizeof(a+0)       : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(a + 0), typeid(a + 0).name());printf("sizeof(*(a+0))    : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(*(a + 0)), typeid(*(a + 0)).name());printf("sizeof(a[0][0])   : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(a[0][0]), typeid(a[0][0]).name());printf("sizeof(a[0]+0)    : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(a[0] + 0), typeid(a[0] + 0).name());printf("sizeof(*(a[0]+0)) : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(*(a[0] + 0)), typeid(*(a[0] + 0)).name());
}

        急性子的先看一下结果：

sizeof(int)       :  4 : typeid : int
sizeof(p)         :  8 : typeid : int * __ptr64
sizeof(a)         : 60 : typeid : int [5][3]
sizeof(*a)        : 12 : typeid : int [3]
sizeof(a[0])      : 12 : typeid : int [3]
sizeof(*a[0])     :  4 : typeid : int
sizeof(a+0)       :  8 : typeid : int (* __ptr64)[3]
sizeof(*(a+0))    : 12 : typeid : int [3]
sizeof(a[0][0])   :  4 : typeid : int
sizeof(a[0]+0)    :  8 : typeid : int * __ptr64
sizeof(*(a[0]+0)) :  4 : typeid : int

        看一下结果应该很清楚了。

        由于是64位编译，指针类型的长度都是8，int是4，数组则是int大小乘以元素总数。

        “*a”是什么？数组名作为对象，代表数组，数组名作为指针，则代表指向数组元素的指针。因为这里a是二维数组，所以a作为指针指向的是一维数组。

        数组名什么时候代表数组、什么时候代表指针呢？当数据名做加减的时候就变成了指针。所以“a”和“a+0”是完全不同的东西，一个是“int [5][3]”，一个是“int[3] *”（非正确写法，示意）。

        上面的示例代码输出仔细搞懂，关于数组你就差不多不会迷惑了。

数组用作函数参数究竟发生了什么

        直接上代码（VS2022，64位）：

#include <stdio.h>
#include <typeinfo>void f(int x[6][3])
{printf("sizeof(x)         : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(x), typeid(x).name());
}
void f2(int x[][3])
{printf("sizeof(x)         : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(x), typeid(x).name());
}
void f3(int x[5][2])
{printf("sizeof(x)         : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(x), typeid(x).name());
}
void f4(int x[5][])//无法编译，最后一维不能省略
{printf("sizeof(x)         : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(x), typeid(x).name());
}
int main()
{int a[5][3];f(a);f2(a);f3(a);//无法编译，参数类型不匹配
}

        有两处不能编译：

        “void f4(int x[5][])”，不允许省略数组最后一维的大小。但是为什么可以省略第一维？这其实暗示了数组名和指针的关系：因为当作指针用的，所以第一维的长度其实无关紧要（所以才可以随便数组越界啊！！！！）。

        “f3(a);”，错误提示：“无法将参数 1 从“int [5][3]”转换为“int [][2]”。 这个信息明确告诉我们，第一维的长度被忽略了，这也能够解释为什么对“void f(int x[6][3])”的调用没有出错，因为第一维的长度根本就被忽略了。

        删除不能编译的代码，运行程序，输出如下：

sizeof(x)         :  8 : typeid : int (* __ptr64)[3]
sizeof(x)         :  8 : typeid : int (* __ptr64)[3]

        哈哈，函数参数其实是个指针！

        但是出错信息用的是数组表示法啊，写编译器的人自己把自己都绕进去了？

传递数组给指针参数究竟发生了什么

#include <stdio.h>
#include <typeinfo>void f(int* x)
{printf("sizeof(x)         : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(x), typeid(x).name());
}
void f2(int(*x)[3])
{printf("sizeof(x)         : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(x), typeid(x).name());
}
void f3(int* x[3])
{printf("sizeof(x)         : %2zd : typeid : %s\n", sizeof(x), typeid(x).name());
}
int main()
{int a[5][3];f(a[0] + 0);f(a + 0 + 0);//无法将参数 1 从“int (*)[3]”转换为“int *”f((a + 0) + 0);//无法将参数 1 从“int (*)[3]”转换为“int *”f2(a);f3(a);//无法将参数 1 从“int [5][3]”转换为“int *[]”
}

        这个代码有三处不能编译。

        前两处错误信息相同。“二维数组的数组名a做加减就成了指向一维数组的指针，一维数组的指针再做加减不就是指向int的指针吗？”……啊，我再想想……是我想错了啊，原来“指向一维数组的指针”做加减还是“指向一维数组的指针”，指针加减不会改变指针类型，数组名变成指针的时候脱去了一层，再做加减不会继续脱了。

        第三处明显不对的，这样写这是为了显示“int(*x)[3]”和“int* x[3]”的区别，前一个是指向数组的指针，后一个是指针数组，区别要细细品味一下。

        删除不能编译的代码，执行结果如下：

sizeof(x)         :  8 : typeid : int * __ptr64
sizeof(x)         :  8 : typeid : int (* __ptr64)[3]

        输出的是f和f2的参数类型，因为定义的就是指针，所以显示出来没什么区别。

总结：数组长度压根不存在

•         数组名确实就是指向数组元素的指针。
•         不仅如此，作为函数的参数，直接就是解释为指向数组元素的指针，数组长度（对于多维数组，就是第一维的长度）根本就被完全无视了！
•         C语言压跟没想过控制数组越界。
•         除了sizeof(数组名)会判断一下数组长度，数组长度也就是初始化的时候用一下。

（这里是结束）