C++ -- 数组 vs 指针

在很多C++的入门书籍里，在介绍数组的时候，都会提到，数组名可以看成一个常量指针。这句话本身问题并不大，但是由于没有对指针与数组区别的深入解释，会使一些人不能正确了解数组与指针的联系与不同。这里对数组与指针的不同做一点简单的介绍。

什么是数组，什么是指针

首先要明确的是，数组与指针的概念。数组和指针是C++中的两种不同的数据类型。数组指的是在一片连续的内存空间中存储的N个相同类型的对象（object，C++标准中，内存中任何数据都可以被称做object，比如整数，类），而指针则是一个对象的地址。

array-to-pointer conversion

从 数组与指针的概念来看，他们应该是很不相同的，但为什么数组名可以看成一个常量指针呢，这要是因为在C++中，数组不能做为绝大多数操作符 (operator)的操作对象。当数组类型的变量出现在表达式中时，它几乎总是被通过自动类型转换转换指针类型(array-to-pointer conversion)，这个指针指向数组的第一个成员。由于这个指针是由自动类型转换生成的，是一个临时变量，因而不能被赋值，这使它表现得像一个常 量。于是，“数组名可以看成一个常量指针”。

事实上，只要数组变量被求值，它就一定会转换成指针。这使得大多数情况下数组可以直接被当成一个指针使用。同时，这种转换也会发生在一些“意想不到”的情况下。

函数的参数

C++的参数是按值传递的，当数组出现在函数参数的位置时，就需要对它求值，从而使它被转换成一个指针。这就决定了，数组不能成为函数的参数。

但是我们知道，函数的定义中是可以出现数组形式的参数的。C++标准规定，在函数定义中出现的数组形式的参数，其类型会被自动地变换为指针类型。从而，函数不会有数组类型的参数，数组形式的参数的类型都被变换为相应的指针类型。由于数组与指针的表现在大多数情况下是相同的，这一般不会带来什么问题。但是，在数组与指针表现不同的时候，就需要注意了。

int func(
int *a,    // a 是一个指针
int b[],   // b 是一个指针
int c[5]); // c 还是一个指针
// 该函数声明与以下是等价的
int func(
int *a,
int *b,
int *c);

请记住，函数的参数的类型永远不会是数组。当参数定义以数组形式出现的时候，它实际是一个指针。
数组与指针的不同上面说过了，在需要对数组求值的时候，它一定会被转换成一个指针。但是有些情况下，数组并不会被求值。这时数组不会被转换为指针，它与指针的表现也就可能不同了。其中最经常遇到的情况是，数组做为sizeof运算符参数的时候。

sizeof （与 typeid）

sizeof运算符计算对象所占用的内存的大小，它只需要其参数的类型即可，不需要对参数求值。这时候，数组不会被转换为指针。sizeof会计算出数组对象的总大小，即数组中所有元素所占用空间的总和。

例如：

// 假设 sizeof(char) = 1, sizeof(short) = 2, sizeof(short *) = 4
short arr[5];
short *p = arr;
int arrsize = sizeof(arr); // 2x5 = 10
int psize = sizeof(p); // 4
int num_element = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); // 5 ,求数组的元素个数

这里可以看到，对数组可以用sizeof(arr)/sizeof(arr[0])的方式来计算数组中元素的个数。但是对指针是不行的。在函数中对待数组形式的参数要特别注意这一点。函数的数组形式的参数的实际类型是指针，对它使用sizeof运算符得到的指针变量的大小，而不能得到数组的实际大小。

类似的运行符还有一个，就是typeid。typeid作用于一个变量，将得到它的类型（一个表示类型的std::type_info变量）。它也不需要对其参数求值，对数组与指针，它将返回不同结果。

operator &

operator & 用于取出对象的地址，它同样不需要对其对象求值。于是，它作用于数组与指针的效果是不同的。当它作用于指针的时候，将得到指针地址，其它类型是一个指向指针的指针（也就是通常说的二级指针）。当它将作用于一个数组时，将得到数组的地址（其值等于数组首元素的地址），其类型是一个指向数组的指针。

short arr[5], a;
short *p = &a;
short **pp = &p;         // 指针 p 的地址
short *p1 = &(p[0]);     // 指针所指向的对象(p[0])的地址 (&a), p1=p
short (*parr)[5] = &arr; // 数组 arr 的地址
short *p2 = &(arr[0]);   // 数组中第一个元素(arr[0])的地址，其值与 arr 的地址是相同的

二维数组与二维指针

数组可以看成一个指针，很多人于是很自然地认为二维数组也可以看成一个二维指针，但实际不是这样的。

在C++中，二维数组本质上一个数组的数组。而二维指针则是指针的指针。当二维数组被转换为指针时，它将被转换为一个指向数组的指针，而不能转换成指向指针的指针（二维指针）。对二维数组使用 operator * ，得到的结果为一个一维数组（当然多数组情况下它会被立即转换成一个指针），而对二维指针使用operator *，将直接得到一个一维指针。

short arr[3][5];
short (*parr)[5] = arr;  // 指向数组的指针
short **pp = arr;        // 错误，指向数组的指针与指向指针的指针是不同的类型
int i = sizeof(*arr);    // 10 = sizeof(short) * 5 = sizeof(short[5])
int j = sizeof(*pp);     // 4 = sizeof(short *)

还见到过有人使用强制类型转换将二维数组转换成二维指针，如：(short**)arr。诚然，由于C++对这种强制类型转换并不做合法性检查，从而可以通过编译，但是这种方法不能得到一个合法的二维指针。这是由于，二维指针指向的一个指针，而二维数组的成员是一维数组，即使将其强制转换为二维指针，其内存中实际存储的仍然是一个一维数组，而不是指针。