隐式转换：把 C 语言数组转换为指针

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在某些情况下，C 语言中的数组会被隐式转换为指针类型，使得程序员对数组的操作更加灵活。在函数参数传递中，隐式转换总是在发生。比如：

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void foo1(int *b) { printf("%lu\n", sizeof(b)); }
void foo2(int c[]) { printf("%lu\n", sizeof(c)); }

int main() {
  int a[5];  // 5 x 4 = 20 Bytes
  foo1(a);   // -> 8 Bytes
  foo2(a);   // -> 8 Bytes
}

在 main 函数中，a 是一个数组。我们可能会认为在 foo2 中 b 的类型是整型数组类型（输出为 20），而实际上，无论是在 foo1 还是 foo2 中，b 的类型均为指向整型的指针类型，即输出的结果均为指针类型的大小（8 个字节）。

实参：Actual Parameter
形参：Formal Parameter

参数传递的隐式转换规则：

  • 若实参为一维数组，则形参是指向数组所存元素类型的指针；
  • 若实参为多维数组，则形参是指向一维或多维数组的指针；
  • 转换并不是递归的，数组的数组会被改成为 数组的指针，而不是 指针の指针；而三维数组 char ho[2][3][4] 会被转换为 char (*)[3][4] 类型。

为了进一步说明参数传递时发生的隐式转换，我们先了解一下以下几个类型以及它们之间的关系。

指针数组：char *c[10]
指针の指针：char **c

  • 指针数组 本身是一个一维数组，存的是字符指针。

  • 指针の指针 本身是一个指针，指向的还是指针。注意它和 二维数组 的区别，可以说两者是毫无关系的。

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    char abc[3][4];
    char **pp = abc; // 会给出警告，类型不兼容。

二维数组：char c[8][10]
数组指针（行指针）：char (*c)[10]

  • 二维数组本身是一个数组，存的还是数组。

  • 数组指针（行指针） 本身是一个指针，指向的是数组，一般和 二维数组 一起使用。我们要注意它和 指针数组 在写法上的区别（多了括号，先做 * 单目运算）。

接着，我们看一下隐式转换如何被运用到上述类型中。

实参与所匹配的形参（来源见参考）

图中，数组的数组（即二维数组）被隐式转换为 char (*)[10]，称为 数组指针 或 行指针。指针数组 char *c[10] 被隐式转换为 char **c，称为 指针の指针。若实参本身是指针，则无需进行隐式转换。

最后，举两个例子来验证一下参数传递中是否发生了隐式转换。

  • 例子 1

    main 函数的 argv 参数被隐式转换为 char ** 指针类型。

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    // A
    int main(int argc, char *argv[]) {
      printf("%lu\n", sizeof(argv));
    }
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    // B
    int main(int argc, char **argv) {
      printf("%lu\n", sizeof(argv));
    }

    程序 A 会出现 warning：

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    warning: sizeof on array function parameter will return size of 'char *' instead of 'char []' [-Wsizeof-array-argument]

    两个程序输出都为 8，即指针类型的大小，而不是 argv 数组的大小，因为 argv 已经被转换为一个指针了。

  • 例子 2

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    void foo(int (*fnum)[5]) {
      printf("foo: %lu\n", sizeof(fnum));
      printf("foo: %lu\n", sizeof(&fnum));
      fnum++;
    }

    int main() {
      int num[3][5];
      printf("main: %lu\n", sizeof(num));
      printf("main: %lu\n", sizeof(&num));
      foo(num);
      return 0;
    }

    输出：

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    main: 60
    main: 8
    foo: 8
    foo: 8

    可以看到，在 foo 函数里，sizeof(fnum) 的大小是 8，而不等于 main 函数里的 60。因此，fnum 不再是数组，而是一个指针。如果将 int (*fnum)[5] 改成 int fnum[][5]，fnum 仍然是一个指针。

    注意：如果将 int (*fnum)[5] 改成 int (*fnum)[]，不会有警告和报错。如果此时在添加指针运算 fnum++，则编译器会报错，因为编译器不知道指针运算中偏移量是多少。

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    error: arithmetic on a pointer to an incomplete type 'int []'

    此外，将 int fnum[][5] 改成 int fnum[][] 也会有报错。

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    error: array has incomplete element type 'int []'

总结：C is a nightmare.

参考：