C语言——对数组和数组名、二维数组、指针和const的理解和总结

基于Windows10，Visual Studio 2019，x86，对C语言中的数组和数组名、二维数组、指针和const的理解和总结。

首先定义一个整型数组。

int arr[5] = { 1,2,3,4,5 };

对于数组需要注意的问题有：第一，数组 arr 在定义的时候有什么约束；第二，怎么求数组的长度；第三，数组元素在内存中是怎么存储的；第四，arr 代表什么意思；第五，数组作为函数参数时是如何传递的。
对于第一个问题，代码如下

#include

int main() {
	int n = 5;
	int arr[n] = { 1,2,3,4,5 };
	return 0;
}

运行之后会像下面一样报错

原因在于，C语言中数组的大小是在编译阶段就由编译系统分配，也就说在编译阶段就需要知道数组的大小，而 n 作为一个局部变量是在运行阶段才赋值的，所以会报错。因此，要么将 arr[n] 直接改成 arr[5]，要么将 n 定义为 const int 类型。
对于第二个问题，比较常用的方法就是使用运算符 sizeof

int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

这里需要额外注意的是 sizeof(arr)，当 sizeof 的使用和 arr 的定义在同一个作用域时，sizeof(arr) 求得的是整个数组的字节数，当不在同一作用域时 sizeof(arr) 求得的是 arr 这个指针本身的字节数，看如下代码

之所以结果不同，是因为，当 arr 的定义和 sizeof 的使用在同一个作用域时， arr 是一个数组名,代表整个数组（这一点在第四个问题中进一步介绍），所以求得的是整个数组的大小。而当 arr 传递给函数时，arr 退化成一个指针（而这个指针的大小是由编译系统决定的，x86下的指针大小是32位，即4字节，x64下的指针大小是64位，8字节）。因此，sizeof 的使用应该和数组定义在同一个作用域，否则运行结果大概率是不对的。
第三个问题，数组中的元素在内存中的存储（基于Windows10，小端模式），代码如下

#include

int main() {
	int arr[5] = { 1,2,3,4,5 };
	return 0;
}

对其进行调试并查看内存

从上图可以看出，数组在内存中的存储空间是连续的，而且数组元素由低地址空间向高地址空间依次存储（单个元素按照小端模式存储，低地址存储低位数据，高地址存储高位数据）。
第四个问题，arr 代表什么含义。一般情况下，arr 都会被编译器当作一个指针来处理，该指针指向数组首元素的地址。但当出现下面两种情况的时候，arr 被认为是数组名，代表整个数组。

//第一种情况就是上面使用sizeof求数组元素个数时
sizeof(arr) //而且要求sizeof和arr的定义在同一个作用域
//第二种情况
&arr

第一种情况前面已经说明，来看一下第二种情况。

可以发现的是，arr 和 &arr 的值是一样的，arr + 1 和 arr 相差4个字节，&arr + 1 和 &arr 相差20个字节，怎么理解呢？前者的 arr 可以理解为一个指针（但实际上其类型并不是指针，而是 int [5]），该指针指向数组首元素的地址也就是指向 arr[0] 的地址，所以 arr + 1 增加了一个 int 的长度，也就是4字节。而后者中的 arr 可以理解为数组名（而且确实是数组名），代表整个数组，&arr 取的是整个数组的地址，&arr 的类型是 int ( ∗ ast ∗)[5]，是一个数组指针（关于指针和数组的关系在下一篇文章中介绍）， 所以 &arr + 1 增加了一个 int [5] 的长度，也就是20字节，最后指向了一个包含五个未知数的数组。
第五个问题，数组作为函数参数时是如何传递的。在进行数组传递时采用的是传址，对于一维数组，把它的首地址和数组长度传过去。相对于传值方式主要有两方面优点。

1. 节省空间。采用传值方式的话，需要额外开辟一个和原数组一样大小的数组，尤其当数组很大的时候十分浪费空间。
2. 当我们需要修改传进来的数组时，传值方式无法完成，而传址却可以；当不允许修改时，只需要加一个 const，操作起来也很简单，如下

void Print(const int* arr, int len);

定义一个二维数组

int arr[2][3] = { {1,2,3}, {4,5,6} };

对二维数组需要注意的问题有：第一，二位数组 arr 在定义的时候有什么约束；第二，如何求得二维数组的行和列；第三，二维数组在内存中是如何存储的；第四，二维数组作为函数参数时如何传递。
第一个问题，和一维数组一样不能使用变量去定义数组的大小。二维数组特殊的一点是可以只指定列数，省略行数，如下

int arr[][3] = { {1,2,3}, {4,5,6} };

对于上面这个例子，似乎只指定行数或者列数，又或者都不指定都不会出现歧义，为了解释为什么只可以省略行数，而不能省略列数，另外定义一个数组（当数据不足时，会用0填充）

int brr[][3] = { 1,2,3,4,5 };
brr:
1 2 3
4 5 0

C语言中数组的定义是嵌套的，也就是说，二维数组本质上也是个一维数组，只不过它的元素是一维数组，三维数组也是个一维数组，它的元素是二维数组，以此类推。如果只指定行数如下

int brr[2][] = { 1,2,3,4,5 };
brr:
1 2 3
4 5 0

这样看起来似乎没有问题，但是如果想定义一个下面这样的二维数组

int brr[][4] = { 1,2,3,4,5 };
brr:
1 2 3 4
5 0 0 0
int brr[2][] = { 1,2,3,4,5 };
brr:???

计算机会自觉理解我们的想法，输出一个2 ∗ ast ∗ 4 的矩阵吗？大概率不会。。。
对数组进行空间分配的时候，首先要知道数组元素的大小，其次才是元素的个数，数组元素的大小必须指定，而元素的个数，计算机可以自己推算出来。如果把任意维度的数组都看成二维数组，那么第一维代表的就是元素个数，其他维度组合起来加上类型代表的就是元素大小。这也是为什么对于所有维的数组来说，只能省略第一维，而不能省略其他维度。
第二个问题，求二维数组的行和列，如下

//行数
int rows = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
//列数
int columns = sizeof(arr[0]) / sizeof(arr[0][0]);

其中，sizeof(arr[0]) 正是二维数组一维化后元素的大小，arr[0] 的类型是 int [3]，arr[0] + 1 的结果也会是增加4个字节。
第三个问题，二维数组在内存中是如何存储的。

从图中可以看出来，二维数组在内存中的存储方式是，从低地址到高地址，按行优先存储。
第四，二维数组作为函数参数时如何传递。相较于一维数组，二维数组及更高维数组在进行函数传递时除了第一个维度可以省略，其他维度都应该指明，如下

对于二维数组参数传递过程中，数组名 arr 将退化为一个 int ( ∗ ast ∗) [3] 类型的指针。

上述关于数组的描述，内容其实已经涉及到指针。

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

指针本身也是一个变量，只不过这个变量比较特殊，它存储的是地址，而地址的大小是由编译系统决定的，那么指针变量的大小就是固定的，无论是几级指针（x86下是4字节，x64下是8字节）。由于指针本身也是一个变量，它也存在地址，所以存储指针地址的指针被定义为二级指针。指针的类型是 int ∗ ast ∗，二级指针的类型是int ∗ ast ∗ ∗ ast ∗，但他们的大小是一样的
常见的几种指针如下

int *p;//指向 int 类型的指针
int **p;//指向 int ** 类型的二级指针
int *p[5];//指针数组,由于[]的优先级比*高,所以p是一个数组,包含五个元素,每个元素是一个 int * 类型的指针
int (*p)[5];//数组指针,()和[]的优先级一样,所以从左往右看,p是一个指针,该指针指向一个 int[5] 类型的数组

指针需要注意的地方如下

1. 指针变量的加减运算并不是简单的加上或者减去一个整数,而是跟指针指向的数据类型有关
2. 使用指针之前一定要初始化,否则就不能确定指针指向哪里(野指针),如果它指向的内存没有使用权限,程序就会崩溃,对于暂时没有指向的指针,可以赋值为NULL
3. 当两个指针指向同一个数组中的元素时,两指针相减的结果就是两个指针之间相差的元素个数
4. 除去 sizeof和& 两种情况,数组名一般都会被转换为一个指向数组首元素的指针
5. 指针的类型不同时(虽然大小都相同),不能互相赋值,必须进行强制类型转换
   const的位置不同,代表着不同的含义

int a = 10;
const int *p = &a;//const修饰的是*p,而*p表示的是a,所以通过*p修改a的值是不允许的,但这里却可以修改p的值,也就是修改p存储的地址
int * const q = &a;// const修饰的是q,所以q存储的地址不能改变,但却可以修改*q的值,也就是可以通过*q修改a的值

由于const的修饰,在进行指针赋值的时候,要保证类型一致

const int b = 20;
const int * p = &b;//等号右边的类型是const int *

另一个比较绕的地方是const修饰二级指针的时候

int a = 10;
const int *p = &a;
int ** q = &p;//这条语句是对的吗?
int * const * q = &p;//这看起来好像对了?
const int ** q = &p;//这才是最终的正确结果,因为右侧的类型是const int **

以上就是对数组和二维数组、指针和数组、指针和const、二级指针和const的一些分析和总结，内容算不上全面，后续会进行修改和补充。