【C语言进阶剖析】35、数组参数和指针参数分析

1 数组参数退化为指针

我们知道 C 语言中的数组参数会退化为指针，可是为什么会退化为指针呢？

1.1 退化的意义

• C 语言中只会以值拷贝的方式传递参数

C 语言在诞生的时候是为了开发 Unix 操作系统，这样要求 C 语言的效率必须很高，在设计向函数传递数组时，有两个方案；

1. 将整个数组拷贝一份传入函数（ × ）
2. 将数组名看做常量指针传数组首元素地址（ ✔ ）

如果采用方案 1，将整个数组拷贝一份传入函数，这显然是不合理的，必然会导致效率降低，如果数组很大，拷贝需要很长时间，另外，函数调用时，数组参数保存在函数栈上，太大的数组拷贝可能会导致栈溢出。
如果采用方案 2，将数组名退化为指针传递，指针的大小是固定的，效率肯定比较高。

总结：
C 语言以高效作为最初的设计目标：

1. 参数传递的时候如果拷贝整个数组执行效率将大大下降
2. 参数位于栈上，太大的数组拷贝将导致栈溢出

1.2 二维数组参数

二维数组参数同样存在退化的问题。

• 二维数组可以看作是一维数组，每个元素是一维数组

二维数组参数中的第一维的参数可以省略

等价关系：

数组参数	等效的指针参数
一维数组：float a[5]	指针：float* a
指针数组：int* a[5]	指针的指针：int** a
二维数组：char a[3][4]	数组的指针：char(*a)[4]

注意：一维数组退化为一维指针，二维数组并不是退化为二维指针，而是退化为指向数组的指针；指针数组才是退化为二维指针

1.3 被忽略的知识点

• C 语言中无法向一个函数传递任意的多维数组
• 必须提供除第一维之外的所有维长度
  • 第一维之外的维度信息用于完成指针运算
  • N 维数组的本质是一维数组，元素是 N-1 维的数组
  • 对于多维数组的函数参数只有一维是可变的

2 实例分析

传递与访问二维数组

// 35-1.c
#include<stdio.h>
void access(int a[][3], int row)
{
    int col = sizeof(*a) / sizeof(int);
    int i = 0;
    int j = 0;
    printf("sizeof(a) = %ld\n", sizeof(a));
    printf("sizeof(*a) = %ld\n", sizeof(*a));
    for (i = 0; i < row; i++)
    {
        for (j = 0; j < col; j++)
        {
            printf("%d\n", a[i][j]);
        }
    }
    printf("\n");
}
void access_ex(int b[][2][3], int n)
{
    int i = 0;
    int j = 0;
    int k = 0;
    printf("sizeof(b) = %ld\n", sizeof(b));
    printf("sizeof(*b) = %ld\n", sizeof(*b));
    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        for (j = 0; j < 2; j++)
        {
            for (k = 0; k < 3; k++)
            {
                printf("%d\n", b[i][j][k]);
            }
        }
    }
    printf("\n");
}
int main()
{
    int a[3][3] = {{0, 1, 2}, {3, 4, 5}, {6, 7, 8}};
    int aa[2][2] = {0};
    int b[1][2][3] = {0};
    access(a, 3);
    // access(aa, 2);
    access_ex(b, 1);
    // access_ex(aa, 2);
    return 0;
}

• 第 5 行，*a 的类型是 int [3]，所以col = sizeof(int [3]) / sizeof(int) = 3。
• 第 8，9 行，数组已经退化为指针，所以 a 是指针，长度为 8；*a 的类型是 int [3]，长度为 12。
• 第 24，25 行， 数组已经退化为指针，所以 b 是指针，长度为 8；*b 的类型为 int [2][3]，长度为 24。
• 第 44 行，数组 aa[2][2] 有四个元素，将其作为参数传入函数 access(int a[][3], int row) 中，仍然会打印 6 个元素，这就导致最后两个元素值是不确定的。第 46 行也是一样，会打印出 12 个元素，没初始化的元素值将是随机的。

$ gcc 35-1.c -o 35-1
$ ./35-1
sizeof(a) = 8
sizeof(*a) = 12
0
1
2
3
4
5
6
7
8

sizeof(b) = 8
sizeof(*b) = 24
0
0
0
0
0
0

3 小结

1、C 语言中只会以值拷贝的方式传递参数
2、C 语言中的数组参数必然退化为指针
3、多维数组参数必须提供第一维之外的所有维长
4、对于多维数组的函数参数只有第一维是可变的