C++語言中數組指針和指針數組徹底分析(系列一)

近來在論壇中機場經常看到有關數組指針和指針數組的討論。這個是學習c++等語言中不可少的步驟,
不過向來指針的東西就是很有用但是也是很難用的東西,所以學習起來也不是很容易了。近來本人也
沒有什麼項目可以做的,所以就隨便寫的自己關於這些方面的理解,供同行參考,同時也可以把自己
的錯誤理解暴露在陽光下,接受大家評判的洗禮。

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#       基本知識               #
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當然我們一切都是從最簡單的內建類型開始,最後我會做一些推廣。
先看一下基本的形式,我們從這裏起步!

--------------指針----------------
int a=10;
int *p=&a;

-------------指針的指針-----------
int b=20;
int *p=&b;
int **p2p=&p;

-------------簡單數組-----------------
int c[10];//整數數組,含有10個整數元素
          file://也就是說每一個元素都是整數
         
--------------指針數組--------------------
int *p[10];//指針數組,含有10個指針元素
            file://也就是說每一個元素都是指針
           
--------------數組指針--------------------
int (*p)[10];//數組指針,這個指針可以用來指向
             file://含有10個元素的整數數組

上面這些簡單的形式是我們必須要首先理解,這個是基本的知識。
同時我們從上面也要得出一個很重要的知識提示:c++語言層面上
關於變量聲明的部分,後綴結合變量的優先級比前綴要高的。
看我們上面的例子的最後兩個就明白了,我們爲了實現數組指針的
聲明我們不得不變通一下。我們採用()來實現優先級的改變,實現了
數組指針的聲明。

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#      進一步提高知識          #
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數組,數組的指針,指針的數組,概念太多了。我接受概念一多的
時候,我就想把這些複雜的東西簡單一下。因爲我太懶了,概念簡化
一下,記住更容易一點。所以我們這裏要認識一下上面這些概念本質。
這樣可以簡化概念,減少記憶的難度。

先看一段程序。
#include <iostream>
#include <typeinfo>
using namespace std;
int main()
{
 int vInt=10;
 int arr[2]={10,20};
 
 int *p=&vInt;
 int **p2p=&p;
 
 int *parr[2]={&vInt,&vInt};
 int (*p2arr)[2]=&arr;

 cout<<"Declaration [int vInt=10] type=="<<typeid(vInt).name()<<endl;
 cout<<"Declaration [arr[2]={10,20}] type=="<<typeid(arr).name()<<endl;
 cout<<"Declaration [int *p=&vInt] type=="<<typeid(p).name()<<endl;
 cout<<"Declaration [int **p2p=&p] type=="<<typeid(p2p).name()<<endl;
 cout<<"Declaration [int *parr[2]={&vInt,&vInt}] type=="<<typeid(parr).name()<<endl;
 cout<<"Declaration [int (*p2arr)[2]=&arr] type=="<<typeid(p2arr).name()<<endl;

 return 0;
}

運行的結果如下:(我在前面加了行號#XX)
#01 Declaration [int vInt=10] type==int
#02 Declaration [arr[2]={10,20}] type==int *
#03 Declaration [int *p=&vInt] type==int *
#04 Declaration [int **p2p=&p] type==int * *
#05 Declaration [int *parr[2]={&vInt,&vInt}] type==int **
#06 Declaration [int (*p2arr)[2]=&arr] type==int (*)[2]

現在我們來分析一下結果。因爲我們已經具有了第一部分的基本知識,我們現在
可以很明確區別出來我們聲明的類型。這裏主要有兩個很重要的部分,我們不過
是就事講事情,編譯器是如何實現的原理不在這裏討論之列。

--------#02:數組------------

現在看#02,想到了什麼沒有呀?在編譯器看來數組只是相對應類型的指針類型。
當我們把數組傳遞給函數作爲參數的時候,傳遞的是指針,所以我們可以利用
參數來修改數組元素。這個轉化是編譯器自動完成的。

void f(int[]);
int a[2]={10,20};
f(a);//這行等價於編譯器完成的函數轉化f(int *p)

也就是說這裏編譯器自動完成了int[]類型到int *的轉化,
注意是編譯器完成的,也可以說是語言本身實現的,我們
對此只有接受的份了。

-------#05:指針數組---------------

指針數組的編譯器內部表示也是對應類型的指針。

------#06:數組指針----------------
數組指針的編譯器內部表示就是有一點特別了。
編譯器(或者說是語言本身)有數組指針這個內部表示。
由於c++語言的類型嚴格檢查的語言(當然還有一些是存在隱式類型轉化的)

所以我們下面的寫法是不能編譯通過的。
{
file://---------編譯不能通過--------------
int arr[3]={10,20};//注意是3個元素數組
int (*p2arr)[2]=&arr;//注意是指向2個元素數組的指針
file://---------編譯不能通過--------------
}

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#      初步小結                #
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通過上面兩個小節的內容,大家應該基本明白了,
數組,指針,指針數組,數組指針到底是怎麼一回事情了吧。

-----------補充開始-----------------------
關於數組和指針的轉化,以及我們使用指針(++,--)等來操作數組,
是基於數組在內存中是連續分佈的。

但是我們使用“迭代器”的時候,情況是不一樣的。
這個問題本文不討論。

-----------補充結束---------------------

不過c++語言本身有很多詭異的地方(因爲c++要考慮到跟c語言以及舊的c++版本兼容)。
內建類型的這些性質特徵到了函數部分會有一點小的變化,不過如果你瞭解了編譯器做了
什麼以後的話,你也就不會太奇怪了。不過關於函數部分的內容我下次再說了。

現在回到上面的內容。我們這裏還是講一下內建類型。顯然一樣類型的變量是可以互相賦值。
不過當然還有一些其他情況也是可以的,比如類型的寬化,關於類的繼承體系問題等等。

當然了,不一樣的類型一般來說是不能互相賦值,當然這裏的例外就是強制轉化,
類的繼承體系等情況了。

看到這裏就會明白下面的程序爲什麼會運行的了。
我這裏也把下面的程序作爲今天內容的總結:

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
 int a[2]={10,20};
 int *p=a;//根據上面說明,由於編譯器的參與,兩者類型轉化後一致
 
 int vInt=10;
 int *parr[2]={&vInt,&vInt}; 
 int **p2p=parr;//上面分析,類型一致
 
 return 0;
}

-------------函數指針部分下回再寫了--------------------

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