开心锤锤2024年10月13日发布:c语言那些事儿：指针数组和数组指针傻傻分不清？

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原本在我看来，“指针数组”和“数组指针”是两个并不相近的知识点。因为前一个的“主体”是数组，后一个的“主体”是指针，主体都不同。

虽然说数组可以看作是被const修饰的指针（常量类型的指针），但是这仅仅是为了理解方便，数组是分配在栈（stack）上的，而指针指向的内存，一般都是动态分配的，更多的是在堆（heap）上，使用起来要加倍小心，更为复杂（指针当然也可以指向栈上的数据）。

但是前几天我写了一篇剖析“常量指针”和“指针常量”的文章，在几个平台上发布之后，有一些朋友给我私信说，能不能写写“指针数组”和“数组指针”，也做一个“深度的解剖”，所以才有了今天这篇文章。

指针数组，其实说详细点，就是数组元素的类型是“指针”的数组。因为指针这个概念是不能独立存在的，必须要和具体的数据类型绑定在一起才有意义。所以，假设这里的指针是int型指针，那么我们可以这样定义：

int* array[3];

数组的名字是array，数组元素的类型是 int型指针（int*），这个数组一共有3个元素，没有被初始化。这个数组因为它的元素都是指针，我们称为“指针数组”。

总结一下，指针数组首先得是一个数组，然后它的元素类型一定是指针，满足这个条件就可以确定是“指针数组”了，只是要注意定义的格式，以免写错。

我们简单的举个例子，来对这个数组进行操作。

int* array[3];
int x,y,z;
array[0] = &x;
array[1] = &y;
array[2] = &z;
for(int i=0;i<3;i++){
	*array[i] = i * i ;
	printf("%d ",*array[i]);
}

这行代码的输出结果如下图：

首先定义一个指针数组和三个变量，然后将变量的地址赋值给数组的元素。最后通过数组元素间接的给变量赋值，并演示了通过数组元素显示变量的“值”，核心在于始终记得数组元素就是一个指针就可以了。

另外，指针数组可以是任意维的数组，比如我们定义一个二维的指针数组，并且对第三个元素赋值（变量的地址）：

int* array[][3];
int x = 3;
array[0][2] = &x;

二维数组概念此处不展开，因为后面数组指针里要说到。

数组指针，说详细点，就是指向某种类型的数组的指针。核心在于这次不是数组，而是指针。只是这个指针指向的是“数组”。因为数组和指针一样，不是一种数据结构，必须要和某个数据类型绑定在一起才有意义，假设这个数组是int型数组，那么我们可以这样定义：

int (*pointer)[3];

这样写，确实看起来很别扭。如果改成这样：int[3] (*pointer);我们可能看的更明白些。

int[3] 是数组类型，有3个元素，(*ponter)是指针，和 int[3]结合起来，就是指向int[3]整型数组的pointer指针了。但是很遗憾，c语言不支持这样的写法。

我再次强调一下，“数组指针”，是一个指针，这个指针特别的地方在于它不是指向一个普通的变量，而是指向一个数组结构（对，不是数据结构）。

也就是说它的“值”是一个数组的地址。通常我们都把数组名作为数组的地址对待，或者数组首元素的地址作为数组的地址对待，这两者在一般情况下是没有区别的（仅在一般情况下，此处不展开）。

因此，我们很容易就可以写出给数组指针赋值的语句，比如用数组名给数组指针pointer赋值：

int (*pointer)[3];
int array[3];
pointer = array;

或者，将数组首元素的地址赋值给数组指针pointer：

int (*pointer)[3];
int array[3];
pointer = &array[0];

当然也可以给数组指针pointer赋值一个匿名数组：

int (*pointer)[3];
pointer = (int[]){1,2,3};

无论如何，我们的数组指针已经指向了一个“数组”。那么我们如何通过数组指针来访问它说指向的数组的每一个元素呢？

我们尝试着这样：

int （*poiter)[3];
int array[3];
pointer = array;
pointer[0] = 1;//error

我们认为pointer = array; 说明pointer和array其实指向了同一个地址，那么通过指针pointer访问array的第一个元素，和array去访问第一个元素的用法应该一样才对啊。但为什么array[0]可以，pointer[0]不可以呢？

实际上，你应该能想到，不可以才是正确的，因为假设可以，那么下面这段代码：

int array[3];
int *ptr = array;
ptr[0] = 1;

ptr去访问array的元素是可以的，实际上此时的ptr和array就是等价的，如果上面的pointer也可以这样，那么就意味着pointer和ptr是等价的，因为pointer和array等价，ptr和array也等价。

可是这样一来，就出现了悖论，因为一个是指向“数组”的指针，一个是指向“普通变量”的指针，明显不同的指针类型，怎么可能等价呢？

我想这大概才是很多人迷惑的原因吧！

实际上，在之前的一些文章里，我提到过，这里的ptr虽然可以被数组名直接赋值，但实际上它指向的实际上不是数组，而是数组的第一个元素的地址。这有什么不同呢？

我其实不想把一个问题解剖的太细，因为这样会增加复杂度，但是在这里有必要稍微详细说一下。

数组名的“值”和数组第一个元素的地址的“值”看起来是同一个值，也可以相互混用去给别的指针赋值，但是实际上他们代表的含义是完全不同的。

数组名代表的是整个数组的地址，比如这个数组的元素是3个int型，假设在你的系统环境里int占据4个字节，那么数组名实际上代表的是占据了12个字节的这个内存块的地址。

而数组首个元素的地址，代表的是这个元素在内存中所占据的4个字节的内存地址。只是他们两者的“值”是相同的，所以我们就经常混用，而不加以区分了。

所以，你应该意识到 ptr = array;不是准确的写法。正确的写法是 ptr = &array[0]; 因为ptr它是一个指向“普通变量”的指针，而array[0]是一个普通变量，array不是，他是很多相同类型的普通变量组合成的一个“特殊”类型。

感谢你看到这里，你真的很有耐心。

因此，pointer指向的是这样一种情况：一个内存块是由一个或多个数组组成的，而pointer指向了这个内存块的地址（就是首地址）。

假设这个内存块由两个数组组成，其实就是一个“二维数组”。比如：

int two_col_array[2][3];
int (*pointer)[3];
pointer = two_col_array;

那么，显而易见pointer[0]其实就是two_col_array第一个数组的地址，pointer[1]其实就是two_col_array第二个数组的地址。

那么下面这几条语句都是等价的：

pointer = two_col_array;
pointer = two_col_array[0];
pointer[0] = two_col_array;
pointer[0] = two_col_array[0];

当这个内存块只有一个数组时，实际上就是一个一维数组，比如：

int array[3];
int (*pointer)[3];

那么以此类推，下面这几条语句也是等价的：

pointer = array;
pointer = &array[0];
pointer[0] = array;
pointer[0] = &array[0];

只是在二维数组中，其中某个一维数组的名字仍然是地址，而在一维数组中，只有pointer[0],没有pointer[1]而已。

所以回到最初，当我们想通过pointer修改指向的数组的元素的值时，我们只要把pointer看成是一个“二维数组的名字”就可以了。比如：

int array[3];
int (*pointer)[3] = array;
pointer[0][0] = 99;
pointer[0][1] = 520;
pointer[0][2] = 1314;

我们通过pointer把数组array的3个元素分别赋了值。

我们再举一个略显复杂的例子来看一看（没用循环赋值，是为了把二维数组的特点体现的更明显一点）：

int a,b,c,d;
int* p_array[][2] = {{&a,&b},{&c,&d}};
int* (*pointer)[2] = p_array;
*pointer[0][0] = 1;
*pointer[0][1] = 2;
*pointer[1][0] = 3;
*pointer[1][1] = 4;
for(int i=0;i<2;i++){
		for(int j=0;j<2;j++){
			printf("%d ",*pointer[i][j]);
	} 
}

pointer指向的是一个二维数组，这个二维数组是一个指针数组，这个例子是为了演示数组指针和指针数组在一起时该如何使用。

如果你对二维数组稍微了解些的话，你就已经意识到了所谓的数组指针其实和二维数组是很相似的。

学习编程的最好办法，除了多写代码，就是将近似的知识点在一起比较分析，这是最快的学习方式。

今天这个主题就讲到这里，其实还有很多可以展开的知识点，比如二维数组在内存中仍然是顺序存放的，以此类推，无论多少维的数组，在内存中其实都是线性存储的。

由此可见，多维数组只是我们逻辑上的一种表示方法，并不是物理上的存储方法。那么，数组指针是不是就可以和二维数组一样去使用呢？他们有没有异同？等等，感兴趣的朋友可以继续深挖。

另外，我的文章里的示例代码都没介绍编译器和系统环境，因为太多了，我经常换着用，所以很难每次都罗列一下，所以大家编译时有差异，并且困惑的时候，可以私信我交流沟通。

段誉，2024.1.29，写于合肥。

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