第三章 数组的解剖学
第三章 数组的解剖学
北极心 发表于1年前
第三章 数组的解剖学
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C/C++的数组不同于VB等语言的数组,是有层次的,这个层次指的不是维度,而是象俄罗斯有名的套娃一样,一维套一维,亦即数组的嵌套,数组的元素也是数组,VB等语言的数组与之相比更像一个平面。

 

数组嵌套这个现象从其它语言的角度来看有点奇特,但其实原因也很简单。C/C++的对象模型并不视数组为某种数值的简单集合,而是对象的聚集,每个元素都是一个对象。元素为整数对象,就是整数数组,为浮点数对象,就是浮点数数组。然而,数组本身也是一种对象,因此一个数组也能作为另一个数组的元素。当某个一维数组以一维数组作为元素时,这个一维数组每个元素都具有数组类型,这个一维数组其实是二维数组,同理,一个以二维数组作为元素的一维数组其实是三维数组。因此,使用C/C++数组的时候应该用数组嵌套的观点去看待。有人据此认为,C/C++的数组不是真正的数组,还有的认为C/C++没有多维数组,这些观点都有失偏颇,与其它语言的数组相比,两者只是同一事物的不同实例,是实现方法的不同,而本质是一样的,C/C++的数组嵌套可视为对数组概念的发展。

 

现在来看看数组的定义:

 

6.5.4.2 Array declarators

 

Semantics

 

If, in the declaration “T Dl.” Dl has the form

D [ constant expressionopt ]

 

这个定义非常简单,其中T代表元素类型,D代表标识符,constant expression必须为大于0的常量表达式,opt表示可选,即[]中的内容可以为空,当[]为空时叫不完整类型,表示这个数组对象的长度未知,不完整数组类型可以在程序的某个地方补充完整。细心的人马上就会发现,从形式上看,怎么只有一维数组的定义?这个形式如何定义多维数组?刚才说过,C/C++的数组是数组的嵌套,因此多维数组的定义也反映了这个本质。多维数组的定义是通过嵌套的一维数组定义构造的。对于一维数组:

 

T D[M]

 

当元素为一维数组T[N]时,元素的类型也为数组类型,用T[N]代替T,则为:

 

T[N] D[M]

 

这个语法结构不符合C/C++数组定义的语法形式,将[N]移动到[M]后,就是正式的二维数组的定义了:

 

T D[M][N]

 

其中D[0]---D[M-1]都是一维数组,具有数组类型T[N]。各种维度的多维数组可以用同样的嵌套方法构造出来。

 

一个一维数组T[M],经过数组到指针的转换后,类型转换为T*,二维数组T[M][N]转换为指针后,类型转换为T ( * )[N],有些初学者对T( * )[N]这种形式较难理解,怎么多了一维,形式就有这么大的差别呢,其实原理还是跟嵌套有关,二维数组为一维数组的嵌套,元素为数组类型,因此用T[N]代替T,则二维数组转换之后的指针类型为T[N] *,将[N]移动到*的右边,就是T*[N],由于[]的优先级比*高,因此需要加括号,就成为T( * )[N]了,否则就不是指针类型,而成了指针数组类型了。

 

围绕数组名,存在一些有趣的表达式,下面的内容通过讨论这些表达式中较为重要的几个,来加深对数组的理解。对于二维数组:

 

T a[M][N]

 

a 表达式中的a的类型转换为T ( * )[N],代表数组首元素的地址

&a:是一个指向二维数组对象的指针,类型为T ( * )[M][N]。在C标准出现之前,一些早期的实现并不允许&a,因为这些编译器认为此时的a转换为一个右值,而&运算符要求一个左值,因此非法。C标准委员会鉴于对象的概念已经得到了扩展,而且允许&a并没有害处,因此把&运算符作为一个例外写进了数组到指针的转换条款中。这种情况下的a代表数组对象,&a表示对数组对象取地址,因此&a的结果跟a是相同的,但类型不同。

              笔者曾经见过某些观点认为,&a才是数组的首地址,不是a。这个观点初看起来似乎很有道理,一个数组对象的引用,不正是首地址吗?但实际上这种论述是不符合标准的,数组到指针的转换条款规定,当产生一个points to the initial element of the array object的时候,其前提是由array of typepointer to type的转换,但&a的类型属于pointer to array of type,不是pointer to type,因此真正代表数组首地址的是a本身,不是&a

      (这几天关于这个问题又有了一些争论,好吧,就让这个问题的争吵到这里结束吧。本着尊重标准和去除先入为主偏见的原则,a就是数组首元素的地址,不是数组的首地址---2011年3月27日)

&a[0][0]:这是数组首元素的地址。&a[0][0]常常被误解为数组a的首地址,其实a[0][0]只不过由于位置特殊,其地址值才与a相同,&a[0][0]是一个T类型对象的引用,不是一个数组对象的引用,而且其类型不是由array of type转换得来的,因此其意义不是数组首地址。

a[i](其中 i >= 0 && i < M):从数组嵌套的观点来看,a是一个一维数组,元素的类型为数组类型,因此a[i]的类型为T[N],在表达式中转换为T*,是第i个一维数组的首地址。

a + 1a隐式转换为指针类型T( * )[N]然后加1,请记住指针加法是以指针指向对象的大小为步长的,因此a + 1将跨过N * sizeof( T )个字节。

&a + 1:与a + 1同理,&a类型为T( * )[M][N],因此&a + 1的步长为M * N * sizeof( T )

 

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北极心
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