圖解c/c＋＋多級指針與「多維」數組

     聲明：本文爲原創博文，若有轉載，請註明出處。若本文有編輯錯誤、概念錯誤或者邏輯錯誤，請予以指正，謝謝。

     指針與數組是C/C++編程中很是重要的元素，同時也是較難以理解的。其中，多級指針與「多維」數組更是讓不少人云裏霧裏，其實，只要掌握必定的方法，理解多級指針和「多維」數組徹底能夠像理解一級指針和一維數組那樣簡單。

     首先，先聲明一些常識，若是你對這些常識還不理解，請先去彌補一下基礎知識：

1、實際上並不存在多維數組，所謂的多維數組本質上是用一維數組模擬的。

2、數組名是一個常量（意味着不容許對其進行賦值操做），其表明數組首元素的首地址。

3、數組與指針的關係是由於數組下標操做符[]，好比，int a[3][2]至關於*(*(a+3)+2) 。

4、指針是一種變量，也具備類型，其佔用內存空間大小和系統有關，通常32位系統下，sizeof(指針變量)=4。

5、指針能夠進行加減算術運算，加減的基本單位是sizeof(指針所指向的數據類型)。

6、對數組的數組名進行取地址(&)操做，其類型爲整個數組類型。

7、對數組的數組名進行sizeof運算符操做，其值爲整個數組的大小(以字節爲單位)。

8、數組做爲函數形參時會退化爲指針。

 1、一維數組與數組指針

      假若有一維數組以下：

  char a[3];

      該數組一共有3個元素，元素的類型爲char，若是想定義一個指針指向該數組，也就是若是想把數組名a賦值給一個指針變量，那麼該指針變量的類型應該是什麼呢？前文說過，一個數組的數組名錶明其首元素的首地址，也就是至關於&a[0]，而a[0]的類型爲char，所以&a[0]類型爲char *，所以，能夠定義以下的指針變量：  

  char * p = a;//至關於char * p = &a[0]

      以上文字可用以下內存模型圖表示。

      你們都應該知道，a和&a[0]表明的都是數組首元素的首地址，而若是你將&a的值打印出來，會發現該值也等於數組首元素的首地址。請注意我這裏的措辭，也就是說，&a雖然在數值上也等於數組首元素首地址的值，可是其類型並非數組首元素首地址類型，也就是char *p = &a是錯誤的。

      前文第6條常識已經說過，對數組名進行取地址操做，其類型爲整個數組，所以，&a的類型是char (*)[3]，因此正確的賦值方式以下: 

  char (*p)[3] = &a;

      注：不少人對相似於a+1,&a+1,&a[0]+1,sizeof(a),sizeof(&a)等感到迷惑，其實只要搞清楚指針的類型就能夠迎刃而解。好比在面對a+1和&a+1的區別時，因爲a表示數組首元素首地址，其類型爲char *，所以a+1至關於數組首地址值+sizeof(char)；而&a的類型爲char (*)[3]，表明整個數組，所以&a+1至關於數組首地址值+sizeof(a)。（sizeof(a)表明整個數組大小，前文第7條說明，可是不管數組大小如何，sizeof(&a)永遠等於一個指針變量佔用空間的大小，具體與系統平臺有關）

2、二維數組與數組指針

      假若有以下二維數組：

  char a[3][2];

      因爲實際上並不存在多維數組，所以，能夠將a[3][2]當作是一個具備3個元素的一維數組，只是這三個元素分別又是一個一維數組。實際上，在內存中，該數組的確是按照一維數組的形式存儲的，存儲順序爲(低地址在前)：a[0][0]、a[0][1]、a[1][0]、a[1][1]、a[2][0]、a[2][1]。(此種方式也不是絕對，也有按列優先存儲的模式)

      爲了方便理解，我畫了一張邏輯上的內存圖，之因此說是邏輯上的，是由於該圖只是便於理解，並非數組在內存中實際的存儲模型（實際模型爲前文所述）。

     

      如上圖所示，咱們能夠將數組分紅兩個維度來看，首先是第一維，將a[3][2]當作一個具備三個元素的一維數組，元素分別爲：a[0]、a[1]、a[2]，其中，a[0]、a[1]、a[2]又分別是一個具備兩個元素的一維數組(元素類型爲char)。從第二個維度看，此處能夠將a[0]、a[1]、a[2]當作本身表明」第二維」數組的數組名，以a[0]爲例，a[0](數組名)表明的一維數組是一個具備兩個char類型元素的數組，而a[0]是這個數組的數組名(表明數組首元素首地址)，所以a[0]類型爲char *，同理a[1]和a[2]類型都是char *。而a是第一維數組的數組名，表明首元素首地址，而首元素是一個具備兩個char類型元素的一維數組，所以a就是一個指向具備兩個char類型元素數組的數組指針，也就是char(*)[2]。

     也就是說，以下的賦值是正確的:

  char (*p)[2]  = a;//a爲第一維數組的數組名，類型爲char (*)[2]

  char * p = a[0];//a[0]維第二維數組的數組名，類型爲char *

      一樣，對a取地址操做表明整個數組的首地址，類型爲數組類型(請容許我暫且這麼稱呼)，也就是char (*)[3][2]，因此以下賦值是正確的：  

  char (*p)[3][2] = &a;

3、三維數組與數組指針

     假設有三維數組：

 char a[3][2][2];

     一樣，爲了便於理解，特地畫了以下的邏輯內存圖。分析方法和二維數組相似，首先，從第一維角度看過去，a[3][2][2]是一個具備三個元素a[0]、a[1]、a[2]的一維數組，只是這三個元素分別又是一個"二維"數組,a做爲第一維數組的數組名，表明數組首元素的首地址，也就是一個指向一個二維數組的數組指針，其類型爲char (*)[2][2]。從第二維角度看過去，a[0]、a[1]、a[2]分別是第二維數組的數組名，表明第二維數組的首元素的首地址，也就是一個指向一維數組的數組指針，類型爲char(*)[2]；同理，從第三維角度看過去，a[0][0]、a[0][1]、a[1][0]、a[1][1]、a[2][0]、a[2][1]又分別是第三維數組的數組名，表明第三維數組的首元素的首地址，也就是一個指向char類型的指針，類型爲char *。

   

 

            由上可知，如下的賦值是正確的：

      char (*p)[3][2][2] = &a;//對數組名取地址類型爲整個數組
      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：多級指針

      所謂的多級指針，就是一個指向指針的指針，好比:

      char *p = "my name is chenyang.";

      char **pp = &p;//二級指針

      char ***ppp = &pp;//三級指針

      假設以上語句都位於函數體內，則可使用下面的簡化圖來表達多級指針之間的指向關係。

      

         多級指針一般用來做爲函數的形參，好比常見的main函數聲明以下:

    int main(int argc,char ** argv)

         由於當數組用做函數的形參的時候，會退化爲指針來處理，因此上面的形式和下面是同樣的。

    int mian(int argc,char* argv[]) 

         argv用於接收用戶輸入的命令參數，這些參數會以字符串數組的形式傳入，相似於:

    char * parm[] = {"parm1","parm2","parm3","parm4"};//模擬用戶傳入的參數

    main(sizeof(parm)/sizeof(char *),parm);//模擬調用main函數，實際中main函數是由入口函數調用的(glibc中的入口函數默認爲_start)

         多級指針的另外一種常見用法是，假設用戶想調用一個函數分配一段內存，那麼分配的內存地址能夠有兩種方式拿到：第一種是經過函數的返回值，該種方式的函數聲明以下：

    void * get_memery(int size)
    {
       void *p = malloc(size);
       return p;
     }

        第二種獲取地址的方法是使用二級指針，代碼以下：

    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);

        關於多級指針的用法不少，尤爲以二級指針應用最爲普遍，後續的有時間再進行補充。