C++语法差异:二维和一维数组(指针算术）

C++ syntax difference: 2D- and 1D-arrays (pointer arithmetic)

本文关键字：二维 指针 一维数组 语法 C++      更新时间：2023-10-16

>问题

我正在学习C++，并且正在编写代码来转置 2D 数组和反转 1D 数组。

请查看调用。为什么我必须使用reverse(arr, 4)进行反转，而必须使用transpose(*in_matrix, *out_matrix)进行转置？

有两种方法可以编写每个函数签名。两者似乎给出了相同的结果。

谢谢。

编辑：我知道如何用数组下标解决它。我这样做是故意这样做的，是为了练习。现在我明白尝试这个是没有意义的。但是，我添加了一些从以下答案中总结的注释。

法典 

#include <iostream>
using namespace std;
const int LENGTH = 2;
const int WIDTH = 3;
void printArray(const int arr[], const int N) {
cout << arr[0]; 
for (int i = 1; i < N; ++i) {
cout << ", " << arr[i];
}
cout << "n";
}
// void transpose(int* const input, int* const output) { // both these signatures
void transpose(const int input[], int output[]) {        // works (I find the top one clearer)
for (int i = 0; i < WIDTH; ++i) {
for (int j = 0; j < LENGTH; ++j) {
*(output + j * WIDTH + i) = *(input + i * LENGTH + j);
}
}
}
// void reverse(int arr[], const int N) { // both these signatures
void reverse(int* arr, const int N) {     // works (I prefer this one)
for (int i = 0; i < N / 2; ++i) { 
int temp = *(arr + i);
*(arr + i) = *(arr + N - 1 - i);
*(arr + N - 1 - i) = temp;
}
}
int main() {
int arr[4] = {2,4,6,8};
printArray(arr, 4);
reverse(arr, 4); // this works
// reverse(*arr, 4); // this doesn't work
printArray(arr, 4);

int in_matrix[WIDTH][LENGTH];
in_matrix[0][0] = 1;
in_matrix[0][1] = 2;
in_matrix[1][0] = 3;
in_matrix[1][1] = 4;
in_matrix[2][0] = 5;
in_matrix[2][1] = 6;
int out_matrix[LENGTH][WIDTH];
// transpose(in_matrix, out_matrix); // this doesn't work
transpose(*in_matrix, *out_matrix); // this works
cout << "in_matrix is:n";
for (int i = 0; i < WIDTH; ++i) {
printArray(in_matrix[i], LENGTH);
}
cout << "out_matrix is:n";
for (int i = 0; i < LENGTH; ++i) {
printArray(out_matrix[i], WIDTH);
}
return 0;
}

答案摘要

LESSON: DO NOT USE pointer-arithmetic for 2D-arrays
decay
KEY IDEA: arr -----> &arr[0]        type int*
This is also the reason the two function signatures are equivalent.
// transpose(int* const input, int* const output) // alt.
Signature: transpose(const int input[], int output[])
i.e. it expects an array of ints (or equiv., a pointer to an int)
(id)
IDENTITY: a[i] = *(a + i)           ALWAYS TRUE
Reason transpose(in_matrix, out_matrix) doesn't work:
decay
out_matrix -----> &out_matrix[0]    type int(*)[WIDTH]
Reason transpose(*in_matrix, *out_matrix) works:
(id)             decay
*out_matrix = out_matrix[0] -----> &(out_matrix[0])[0]

在 C 语言中，数组和指针有点错综复杂地混淆了。数组可以被视为一个指针，上面附加了一些"大小"信息(它没有存储在任何地方，但编译器知道(。因此，sizeof在数组上使用时会给出整个数组内容的大小，而在指针上，它会给出指针的大小。

当您将数组传递给函数时，大小信息会丢失 - 实际上，数组会衰减到指针。对于大多数实际目的，指向类型的指针可以与该类型的一维数组完全相同。数组下标表示法([](也可以用来使用指针访问连续元素。

但是，对于 2D 数组，这变得更加复杂。 2D 数组和双指针可能使用与表单相同的访问语法a[i][j]但它们不可互换。2D 数组衰减为指向数组的指针，而双指针是指向指针的指针。

回到你的问题，编写函数签名的两种方式本质上是等效的，因为 1D 数组在传递给函数时会衰减到指针。所以void reverse(int* arr, const int N)和void reverse(int arr[], const int N)一样。

但是，在转置函数中，您正在传递一个 2D 数组。它会衰减到指向数组的指针。但是在你的函数声明中，你接受这些参数作为数组(或者实际上是指针(。由于 C 的怪癖，这仍然工作正常。2D 数组也可以被视为一个大的 1D 数组，其中行一个接一个地连续布局。然而，这不是最好的方法。这也反映在这样一个事实中，即当您将数组名称传递给转置函数时，您必须取消引用数组名称，因为它需要一维数组(或指针(而不是二维数组(或指向数组的指针(。

此外，C/C++ 提供了一种比使用笨拙的指针算法更优雅的方法来访问数组。因此，我推荐以下方法。它应该与您最初发布的代码完全相同，但会更清晰、更具可读性。

#include <iostream>
using namespace std;
const int LENGTH = 2;
const int WIDTH = 3;
void printArray(const int arr[], const int N) {
cout << arr[0]; 
for (int i = 1; i < N; ++i) {
cout << ", " << arr[i];
}
cout << "n";
}
void transpose(const int input[][LENGTH], int output[][WIDTH]) {
for (int i = 0; i < WIDTH; ++i) {
for (int j = 0; j < LENGTH; ++j) {
output[j][i] = input[i][j];
}
}
}
void reverse(int* arr, const int N) {
for (int i = 0; i < N / 2; ++i) { 
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[N - 1 - i];
arr[N - 1 - i] = temp;
}
}
int main() {
int arr[4] = {2,4,6,8};
printArray(arr, 4);
reverse(arr, 4);
printArray(arr, 4);

int in_matrix[WIDTH][LENGTH];
in_matrix[0][0] = 1;
in_matrix[0][1] = 2;
in_matrix[1][0] = 3;
in_matrix[1][1] = 4;
in_matrix[2][0] = 5;
in_matrix[2][1] = 6;
int out_matrix[LENGTH][WIDTH];

transpose(in_matrix, out_matrix);
cout << "in_matrix is:n";
for (int i = 0; i < WIDTH; ++i) {
printArray(in_matrix[i], LENGTH);
}
cout << "out_matrix is:n";
for (int i = 0; i < LENGTH; ++i) {
printArray(out_matrix[i], WIDTH);
}
return 0;
}
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