面试题：C语言内存地址与数组的关系及指针运算

Question

假设有一个二维数组`int arr[3][4] = { {1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12} };`，请说明数组名`arr`、`arr[0]`、`&arr[0][0]`这三者在内存地址上的联系与区别。并且使用指针运算，求出`arr[1][2]`的值，解释指针运算的原理。

Answer 1

1. 内存地址联系与区别：

   • arr：
     • arr是二维数组名，它代表整个二维数组的首地址，其类型为int (*)[4]，即指向包含4个int类型元素的数组的指针。在这个例子中，arr指向二维数组的第一行（也就是包含4个int元素的数组），其地址值与&arr[0]相同（从数值上看）。
   • arr[0]：
     • arr[0]从本质上等价于*(arr + 0)，它是数组arr第一行的首地址，其类型为int *，指向数组arr第一行的第一个元素arr[0][0]。所以它的地址值与&arr[0][0]相同。
   • &arr[0][0]：
     • 这是数组arr首元素arr[0][0]的地址，类型为int *，它指向数组arr的第一个元素1。

   总结：arr（数值上） == &arr[0]，arr[0] == &arr[0][0]，但它们的数据类型不同。arr是指向包含4个int元素数组的指针，arr[0]和&arr[0][0]是指向int类型的指针。

2. 使用指针运算求arr[1][2]的值及原理：

   • 二维数组在内存中是按行存储的。
   • 首先，arr是二维数组名，arr[1]等价于*(arr + 1)，这里arr + 1表示跳过第一行（因为arr指向的是包含4个int元素的数组，所以arr + 1会移动4 * sizeof(int)个字节），*(arr + 1)就指向了第二行的首地址。
   • 然后，arr[1][2]等价于*(*(arr + 1)+2)。*(arr + 1)指向第二行首地址，*(arr + 1)+2表示在第二行首地址的基础上偏移2个int类型的位置（因为是int类型数组，每个元素占sizeof(int)字节），*(*(arr + 1)+2)就是取偏移后的地址处的值。
   • 代码示例（C语言）：

#include <stdio.h>
int main() {
    int arr[3][4] = { {1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12} };
    int value = *(*(arr + 1)+2);
    printf("arr[1][2]的值为: %d\n", value);
    return 0;
}

• 在上述代码中，*(*(arr + 1)+2)求出了arr[1][2]的值，通过指针运算准确地访问到了二维数组中指定位置的元素。所以arr[1][2]的值为7。