数组的解剖学

数组的解剖学
文章转自http://blog.csdn.net/supermegaboy?viewmode=contents
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 type到pointer 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 + 1：a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 )。