面试题：C语言二维数组初始化对内存布局及指针操作的影响

Question

给定一个二维数组`int arr[3][4] = { {1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12} };`，分析其内存布局。同时，编写代码通过指针操作遍历该二维数组，输出所有元素，解释在这种初始化方式下指针操作的原理和注意事项。

Answer 1

内存布局分析

在C语言中，二维数组int arr[3][4]在内存中是按行连续存储的。即先存储第一行的所有元素，接着存储第二行，然后是第三行。内存布局如下：

Index	Memory Location	Value
0	arr[0][0]	1
1	arr[0][1]	2
2	arr[0][2]	3
3	arr[0][3]	4
4	arr[1][0]	5
5	arr[1][1]	6
6	arr[1][2]	7
7	arr[1][3]	8
8	arr[2][0]	9
9	arr[2][1]	10
10	arr[2][2]	11
11	arr[2][3]	12

代码实现

#include <stdio.h>

int main() {
    int arr[3][4] = { {1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12} };
    int *ptr = &arr[0][0];

    for (int i = 0; i < 3 * 4; i++) {
        printf("%d ", *(ptr + i));
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

指针操作原理和注意事项

1. 原理：

   • 由于二维数组在内存中按行连续存储，我们可以将其视为一个一维数组。int *ptr = &arr[0][0];这行代码将ptr指向二维数组的第一个元素。
   • 通过*(ptr + i)的方式，我们可以访问数组中的每个元素，i从0到3 * 4 - 1，这样就可以遍历整个二维数组。

2. 注意事项：

   • 越界访问：在使用指针遍历数组时，必须确保不会越界访问。例如，在上述代码中，如果i超过了3 * 4 - 1，就会访问到数组之外的内存，这可能导致未定义行为。
   • 指针类型：指针的类型必须与数组元素的类型一致。这里数组元素是int类型，所以指针也定义为int *。如果指针类型错误，可能导致不正确的内存访问和数据解析错误。