C语言二维数组作为函数参数传递剖析
来源:互联网 发布:手机淘宝联系天猫客服 编辑:程序博客网 时间:2024/06/13 03:35
二维数组作为函数参数传递剖析(C语言)
转载自博客园:二维数组作为函数参数传递剖析(C语言)
作者:五岳
出处:http://www.cnblogs.com/wuyuegb2312
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前言
很多文章不外乎告诉你下面这几种标准的形式,你如果按照它们来用,准没错:
//对于一个2行13列int元素的二维数组//函数f的形参形式f(int daytab[2][13]) {...}//以下两种可以忽略行数f(int daytab[][13]) {...}f(int (*daytab)[13]) {...}
甚至会有人告诉你多维数组作为参数传递可以省略第一维,其他维不能省略。然而你对这种形式并不满意:如果事先限定了二维数组的大小,函数的泛用性就要大打折扣了。因为你真正需要的,是可以处理事先未知行数和列数的二维数组的函数。当然也有文章提到类似下面的动态分配的方式,但作为函数参数传递有时不能成功,令人疑惑。
int **array;//array[M][N]array = (int **)malloc(M *sizeof(int *));for(i=0;i<M;i++) array[i] = (int *)malloc(N *sizeof(int));
本文目的是深入剖析各个形式的二维数组,以及为了进行参数传递,如何写函数的形参表。更高维的数组可以做类似的推广。
下面先进行分析,文中讨论的地址空间是虚拟地址空间,是程序员看到的地址空间,不是实际的物理地址空间。
1.基本形式:二维数组在栈上分配,各行地址空间连续,函数参数使用文首提到的3种形式
最初接触二维数组时,可能只是在main()或某个函数里进行声明,然后直接使用:
... int array[M][N]; //array[][N] ={{...},...,{...}}; is ok //array[][] = {{...},...,{...}}; is wrong ... //使用array[m][n]
这种分配是在栈上进行的,能够保证所有元素的地址空间连续。这样,array[i][j]
和*(*(array +i) +j)
是一样的,程序是知道array+i
的i实际上偏移了i*N
个单位,这也导致了在二维数组array[3][3]
中,使用下标array[2][1]
和array[1
][4]是访问的同一个元素,尽管后者的下标对于一个3*3矩阵来说是非法的,但这并不影响访问。
这种形式,无论是数组定义还是函数都不够泛用,两个维度在编译前就定好了,唯一可以做的就是把维度M、N
声明为宏或者枚举类型,但这仍不能避免每次修改后都要重新编译。
2.数组传参形式:二维数组在栈上分配,各行地址空间连续,函数参数使用指针形式
当把这种二维数组的指针直接作为参数传递时,数组名退化为指针,函数并不知道数组的列数,N对它来说是不可见的,即使使用*(*(array +i) +j)
,第一层解引用失败。这时,编译器会报warning,运行生成的文件会发生segment fault。那么,为了指导这个函数如何解引用,也就是人为地解引用,需要把这个二维数组的首元素地址传给函数,于是就变成了下面的形式:
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <assert.h>int func(int *array, int m, int n) { int i,j; for(i=0;i<m;i++) { for(j=0;j<n;j++) printf("\t%d", *(array +i*n +j)); printf("\n"); } return 0;}int main(int argc,char** argv) { int m=3,n=3,i; int array[][3] = {{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9}}; func(*array,m,n); return 0;}
也可以写成
int fun(int *array,int m,int n) { int i,j; for(i=0;i<m;i++) for(j=0;j<n;j++) printf("%d ", *((int*)array + n*i + j)); return 0;}int main() { int array[3][3] = { {1,2,3}, {4,5,6}, {7,8,9} }; fun((int *)array,3,3); return 0;}
但是意图没有上一种清晰,并不推荐。
你可能会问,为什么下面的不行?准确的说,是因为数组实际类型是int [3][3]
,在作为右值时可以被转化为int (*)[3]
,它们都和int **
不同,自然不可用。(感谢garbageMan在回复中指出)
int func(int **array, int m, int n) { ... printf("\t%d", *(*array +i*n +j)); ...}int main() { int array[3][3] = { {1,2,3}, {4,5,6}, {7,8,9} }; ... func(array,3,3); ... }
3.动态数组形式:二维数组在堆上分配,各行地址空间不一定连续,函数参数使用指针形式
第2种虽然函数参数的限定降低了,但仍需要在栈上预先分配一定大小的二维数组,程序整体并不是完全的泛用。为了进一步提高泛用性,把二维数组空间的分配也动态化,使用malloc()在堆上分配空间,重复一下前言中的方式如下:
int **array;array = (int **)malloc(m *sizeof(int *));for(i=0;i<M;i++) array[i] = (int *)malloc(n *sizeof(int));
这时,在分配空间的作用域里,对0<=i
int func(int **array,int m,int n) { ... printf("%d ", *(*(array+i)+j)); ...}
值得注意的是,虽然malloc()
每次分配的空间在地址上是连续的,但是多次malloc()
分配的空间之间并不一定是连续的,这与在栈上分配的二维矩阵有着根本的不同,对于二维数组array[3][3]
,不能再用array[1][4]
来访问array[2][1]
了,前者地址越界。
4.折中形式:用堆上分配的一维数组表示二维数组,函数参数使用指针形式
用一维数组来实现二维数组,是一种折中方案,但是很好理解,也不易出错。这样分配的数组空间是连续的。使用时需要把两维下标转化为一维下标。
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <assert.h>int func(int *array, int m, int n) { int i,j; for(i=0;i<m;i++) { for(j=0;j<n;j++) printf("\t%d",*(array+i*n+j)); printf("\n"); } return 0;}int main(int argc,char** argv) { int m,n,i; int *array; assert(argc == 3); m = atoi(argv[1]); n = atoi(argv[2]); array = (int*)malloc(m*n*sizeof(int)); for(i=0;i<m*n;i++) array[i] = i; func(array,m,n); return 0;}
5.较新的编译器:用栈上分配的直到执行时才确定大小的二维数组
void print(int x, int y, int a[x][y]){ printf("\n"); int i, j; for(i = 0; i < x; i++){ for(j = 0; j < y; j++) printf("%d ", a[i][j]); printf("\n"); }}// Function to initialize the two-dimensional arrayvoid init_2d(int *a, int x, int y){ int i, j; for(i = 0; i < x; i++){ for(j = 0; j < y; j++){ a[i*y + j] = i + j; } printf("\n"); }}int main(){ int m , n ; scanf("%d %d",&m,&n); int a[m][n]; // a two dimensional whose size has been defined using variables init_2d(a, m, n); print(m, n, a);}
这段代码出自http://stackoverflow.com/questions/17181577/two-dimensional-arrays-in-c。
(2013.7.28更新)
另外,这种分配方式仍然是在栈上,相关讨论可见于http://bbs.csdn.net/topics/90350681。
小结
其实所谓的二维数组,在K&R上只是指预先分配好大小的形如int a[M][M]这样的数组,它存在于栈上;而实际使用的在堆空间利用malloc动态分配空间的并不是这种,只是用的人多了,把后者叫成二维数组了(我不认为把后者也称为二维数组是标准的说法)。再加上我们经常用它来处理矩阵,“标准的”二维数组、“动态的”“二维数组”、矩阵这三个概念就混在了一起。矩阵是可以用这两种二维数组表示的,而对于这两种不同的二维数组,函数传参的方式也不完全相同,不能随意混用。
C99对于多维数组的描述:
If E is an n -dimensional array ( n ≥ 2) with dimensions i × j × … × k , then E (used as other than an lvalue) is converted to a pointer to an ( n − 1)-dimensional array with dimensions j × … × k . If the unary * operator is applied to this pointer explicitly, or implicitly as a result of subscripting, the result is the pointed-to ( n − 1)-dimensional array which itself is converted into a pointer if used as other than an lvalue. It follows from this
that arrays are stored in row-major order (last subscript varies fastest).栈上分配的二维数组数组名int array[3][3]的真实类型是int [ ][ ],在作为右值时才被转化为(int array)[N] (感谢 garbageMan指出),和int *是不同的。把前者进行强制转换为后者,在函数中对元素操作也会导致段错误,下面用图来说明二者区别:
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