写这篇文章的原因主要是因为在C语言学习社群中发现同学们对于数组的理解还不够深刻，没有与内存地址和指针相结合去理解。在阅读本文前需已学习指针相关知识。

本篇文章将对C语言数组进行剖析，以一维数组和二维数组为例子，N维数组可同理类比，打通C语言数组学习的任督二脉。相信同学们在阅读和理解本篇文章内容后，会对数组的存在有着更为深刻理解。

这篇文章主要分为以下两个个部分：

  1. 数组在内存空间的存在形式
  2. 数组名与指针的关系和区别

数组在内存空间的存在形式

我们定义一个数组，需要指明数组的元素个数，即数组的大小。在编译运行时，程序会在内存的栈区开辟一块连续的内存空间给数组。假设我们定义一个数组char a[6]，那么其在内存空间中的存在形式如下示意图

内存的栈区（stack）空间由编译器自动分配释放，其存放局部变量、形参、返回值。分配内存空间时是从高地址往低地址处向下分配。

编译器从0xffff0009地址处开始向下分配空间，数组大小有6个char类型的元素，每个char类型占据1字节空间，所以数组占据的是从0xffff0007到0xffff0002的连续内存空间地址。

#include <stdio.h>
#define MAX 10
 int main()
 {
     char a[MAX];
     /*......*/
     return 0;
 }

在定义一个数组时，习惯性使用宏定义一个常量，这样做方便直接修改数组元素的个数，同时也要多加上少量的元素个数，这种做法能够在一定程度上避免数组越界，例如我们将MAX设为10。

由于栈区所能分配的内存空间并不是很大，在定义一个超长数组时，很容易发生栈溢出（Stack OverFlow）错误，导致程序崩溃。这时我们可以考虑使用动态内存函数malloc()或者calloc()，动态内存函数是在堆区上分配空间，且可以根据需要通过realloc()函数增加内存空间，既能够按需分配空间，也可以有效缓解栈区上内存空间不足的问题。

当然，在日常学习中，我们可能很少会遇到需要你定义一个1000000000000个甚至更多个元素的数组（不排除出题者故意考验你的情况）。

数组名与指针的关系和区别

有很多同学，甚至是某些参考书认为，数组名就是指针。这种理解方式实际上是错误的！刚入门学习C语言的同学，一定要区分开数组名和指针的概念，万万不能简单的将两者等价起来。

指针也称指针变量，是用来存放内存地址的变量，有着相应的指针类型。

数组名是数组首元素的地址（此处的首元素在不同维的数组中的理解不同），但是有两个例外：

  1. sizeof(数组名)，这里的数组名表示整个数组，计算的是整个数组的大小
  2. &数组名，这里的数组名表示整个数组，取出的是整个数组的大小

数组名与指针类似，都存放着内存地址，也能够进行解引用操作，以及直接利用数组名进行加减运算（类比于指针的加减运算）。我们可以与之类比，但数组名绝不是指针。

我们不能改变数组名中存放的地址，且其所表示的访问权限（访问多少个字节的内存）在不同情况下会有所差异。正确的理解应该如上述，数组名为首元素的地址，这将更好的帮助我们从内存角度理解数组。

以下我们从一维数组和二维数组进行举例说明

一维数组

假设我们定义一个一维数组int a[6]，其示意图如下

数组名a表示首元素地址，即a[0]的地址，但在例外情况下，它代表的是整个数组的地址。通过以下代码运行可得到，它们存放的地址一致，但访问权限不一致。&a代表整个数组，访问权限即为一个数组的长度，a表示首元素地址，访问权限为int类型的字节大小。

#include <stdio.h>
int main()
{
     int a[6] = {0};
     printf("%p\n", a);
     printf("%p\n", &a);
     printf("%p\n", a + 1);
     printf("%p\n", &a + 1);
     return 0;
}

我们注意到，&a + 1所指向的内存地址是整个数组后的内存地址，而a + 1的所指向的内存地址则与a[1]的内存地址相同。*(a + 1)就是等于a[1]，[]符号其实就可以改写成*()的形式，其中括号内是[]内外数组名和下标相加。

不要忘了[]其实也是个运算符噢，理解了这个概念，事实上我们可以将数组名和下标位置对调，写成如下形式，这两种写法在语法上是没有毛病的，你可以自己尝试编译运行。

printf("%d", 2[a]);
printf("%d", a[2]);
//我们通常使用第2种写法，第一种写法你可以炫技，但请不要用于正式编程中

二维数组

假设我们定义一个一维数组int a[2][6]，其示意图如下

此时，在二维数组中，看作是有两个一维数组的元素，它们的内存空间是连续的。数组名表示的是第一个一维数组的内存地址。我们可以将a[0]和a[1]看作是这两个一维数组的数组名。

a即表示a[0]，我们要特别注意的是不同的表示形式，所带来的访问权限也不同。我们在一维数组中可以以*a的形式解引用第一个元素，但不能在二维数组中以该形式解引用，原因可想而知，我们不能解引用整个一维数组。

我们通过例子来进行理解

#include <stdio.h>
int main()
{
     int a[2][6] = { { 1,2,3 }, { 4,5,6 } };
     printf("%d\n", *(*(a + 1))); // 输出4
     printf("%d\n", *(a + 1)); // 输出随机值
     return 0;
 }

根据[]运算符的改写形式，我们可以将上面两个例子改写成a[1][0]和a[1]，这样是不是更好理解了。详细的改写步骤如下

  • 第一步：a + 1表示在二维数组层面，地址由首行变为第二行，示意图中由黄色指针进行变动
  • 第二步：*(a + 1)表示进入一维数组层面，理解为a[1]，因为它解引用是解出第二行整行的数组，示意图中黄色指针变为蓝色指针
  • 第三步：*(*(a + 1))相当于*(*(a + 1) + 0)，理解为a[1][0]，即解出第二行第一个元素

数组传参

我们既然知道了一维数组的数组名表示首元素的地址，且数组名能够进行加减运算，那么在进行函数传参的时候我们可以写成以下两种形式。通常情况，我们不能只传数组，还需要把数组元素个数一起传入，否则函数并不知道该数组有多大，没有访问终止界限。

// 指针形式
void function(int *a, int size);
// 数组形式
void function(int a[], int size);// 括号内的数字可写可不写，因为无意义，传的是首元素地址

二维数组的传参同理也可以写成以下两种形式，特别注意必须要写上列数，否则程序运行时将无法判断一行的终止界限。其指针形式也可以理解成是数组指针，a是一个指针，指向int类型的数组，数组有6个元素，这与我们将二维数组看作是存放一维数组的理解是一致的。

// 指针形式
void function(int (*a)[6]);
// 数组形式
void function(int a[][6]);
最后修改：2023 年 08 月 24 日
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