面试题：C语言多维数组名与指针运算深度剖析

Question

假设有一个三维数组 `int threeD[2][3][4];`，定义一个指针 `int *ptr = &threeD[0][0][0];`。通过指针 `ptr`，使用指针运算的方式访问 `threeD[1][2][3]` 这个元素，并详细解释每一步指针运算所依据的C语言多维数组名的特性，以及为何这样的运算能够正确定位到目标元素。

Answer 1

1. 首先，对于三维数组 int threeD[2][3][4];，它在内存中是按行优先顺序存储的。

2. 指针 int *ptr = &threeD[0][0][0]; 指向数组的首元素。

3. 要访问 threeD[1][2][3]，计算过程如下：

   • 先计算 threeD[1] 相对 threeD[0] 的偏移。由于 threeD 是三维数组，threeD[1] 相对于 threeD[0] 的偏移量是 1 * 3 * 4 个 int 类型的大小。这是因为每一个 threeD[i] 实际上是一个 int [3][4] 类型的数组，每个这样的二维数组有 3 * 4 个 int 元素。
   • 接着计算 threeD[1][2] 相对 threeD[1][0] 的偏移。threeD[1][2] 相对于 threeD[1][0] 的偏移量是 2 * 4 个 int 类型的大小，因为 threeD[1][j] 是 int [4] 类型的数组，每个这样的一维数组有 4 个 int 元素。
   • 最后计算 threeD[1][2][3] 相对 threeD[1][2][0] 的偏移，偏移量是 3 个 int 类型的大小。

4. 综合起来，threeD[1][2][3] 相对于 threeD[0][0][0] 的偏移量是 1 * 3 * 4 + 2 * 4 + 3 个 int 类型的大小。

5. 通过指针 ptr 访问 threeD[1][2][3] 的代码如下：

#include <stdio.h>

int main() {
    int threeD[2][3][4];
    int *ptr = &threeD[0][0][0];
    int target = *(ptr + 1 * 3 * 4 + 2 * 4 + 3);
    printf("The value of threeD[1][2][3] is: %d\n", target);
    return 0;
}

6. 在上述代码中，ptr + 1 * 3 * 4 + 2 * 4 + 3 计算出了 threeD[1][2][3] 相对于 ptr（即 threeD[0][0][0]）的偏移位置，然后通过 * 解引用操作符获取该位置的值。

C语言多维数组名的特性：

• 多维数组名可以看作是指向第一个元素的指针。例如 threeD 可以看作是指向 threeD[0] 的指针，threeD[0] 又可以看作是指向 threeD[0][0] 的指针，threeD[0][0] 是一个 int 类型的元素。
• 数组在内存中按行优先顺序存储，这使得我们可以通过简单的乘法和加法运算来计算出目标元素相对于首元素的偏移量，从而通过指针正确定位到目标元素。

通过上述指针运算，我们能够准确地访问到 threeD[1][2][3] 元素。