我有一个关于二维数组的内存布局的问题。
当我们定义一个二维数组，就像 int a[3][4]，这个数组的内存是否是连续分配的？
换句话说，二维数组是作为一个连续的一维数组实现的吗？
如果答案是肯定的，那么访问a[0][6]是否等同于访问a[1][2]？
我写了下面这个C程序。
#include <stdio.h>
int main(){
int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4},
{5, 6, 7, 8},
{9, 10, 11, 12}};
printf("%d %d\n", a[0][6], a[1][2]);
return 0;
}
我发现输出结果为7 7。
a[0][6]看起来是非法的，但它指向了a[1][2]，我想知道为什么以及这样的操作是否合法？
int a[3][4] 的情况下，它是一个大小为3的数组，其对象也是数组。子数组的类型是 int [4]，即一个大小为4且类型为 int 的数组。a [0]的类型为int [4]，尝试访问a [0] [6]超出了数组a [0]的边界。a [0] [6]可能会正常工作，但C标准并不保证它会正常工作。考虑到现代优化编译器将积极地假设程序中不存在未定义的行为并基于该事实进行优化，您可能会遇到某些问题，并且不知道原因。@dbush写了一个好的、正确的答案，解释了什么是保证和允许的。简而言之：是连续的，但仍然没有任何保证可以让您可靠地访问任何（子）数组越界。任何指向项的指针都需要指向有效的数组，才能在其上使用指针算术或[]运算符。
这个答案添加了一些可能的解决方法来解决这个问题。
一个解决方法是使用一个union和一个2D数组和1D数组之间的“类型游戏”：
#include <stdio.h>
typedef union
{
int arr_2d [3][4];
int arr_1d [3*4];
} arr_t;
int main (void)
{
arr_t a =
{
.arr_2d =
{
{ 1, 2, 3, 4},
{ 5, 6, 7, 8},
{9, 10, 11, 12}
}
};
printf("%d %d\n", a.arr_1d[6], a.arr_1d[(1*4)+2]); // well-defined, union type punning
return 0;
}
#include <stdio.h>
int main (void){
int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4},
{5, 6, 7, 8},
{9, 10, 11, 12}};
unsigned char* ptr = (unsigned char*)a;
// well-defined: byte-wise pointer arithmetic on a character type
// well-defined: dereferencing as int, since the effective type of the memory location is int:
int x = *(int*)&ptr[sizeof(int)*6];
int y = *(int*)&ptr[sizeof(int[4])*1 + sizeof(int)*2];
printf("%d %d\n", x, y);
return 0;
}
或者如果你是一个饱受争议的宏迷，可以重写上一个例子（但并不推荐）：
#include <stdio.h>
#define GET_ITEM(arr, x, y) \ // see 1)
_Generic( **(arr), \
int: *(int*) &((unsigned char*)(arr))[sizeof(*arr)*(x) + sizeof(int)*(y)] )
int main (void){
int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4},
{5, 6, 7, 8},
{9, 10, 11, 12}};
unsigned char* ptr = (unsigned char*)a;
// well-defined:
printf("%d %d\n", GET_ITEM(a,0,6), GET_ITEM(a,1,2));
return 0;
}
1) 说明：_Generic用于类型安全。将其转换为字符类型，根据int型一维数组x的大小和int型y的大小进行按字节指针算术运算。优先级为[]大于&。&是为了获取地址，然后将其转换为int*并取消引用。该宏将返回该值。
int *flat = &a; 是否可以像 char 类型一样用于线性访问。 - tstanislint* 进行指针算术加解除引用操作，超出第一个 int [4] 数组。而且，int* 与 int(*)[3][4] 或 int(*)[4] 不兼容，因此该赋值是一个约束违规。 - Lundinint *flat = a [0];或int *flat =＆a [0] [0];。在int *flat =（int *）＆a;中，没有将a [0]的int [4]对象的“标识”传输到flat。如果是这种情况，则int（* a2）[3] [4] =（void *）（int *）＆a;将是非法的。 - tstanisl[] 或指针算术运算，就会调用二进制 + 运算符，并且如 dbush 的答案所述：“如果指针操作数和结果都指向同一数组对象的元素，或者指向数组对象的最后一个元素之一，则评估不应产生溢出；否则，行为是未定义的。”。除非指针指向数组，否则不能在 C 中使用指针算术运算。 如果您将其转换为 uintptr_t 并在整数类型上执行所有算术运算，那么这是另一回事。然后它不一定是 UB，而只是 impl.defined。 - Lundin#include <stdio.h>
int main(int argc, char* argv[]) {
int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4},
{5, 6, 7, 8},
{9, 10, 11, 12}};
// treat the array as a single, contiguous arrangement
// will throw compiler warning/error
int *p = &a; // <=== VERY BAD, invalid pointer assignment!!
printf("%d %d\n", p[6], a[1][2]);
return 0;
}
这表明数组实际上是按行主序连续排列的。这是关于C语言的一些事情，如果你真的想要它，它会让你直接把自己脚打中。
&a 的类型，int(*)[3][4]是什么？ - TH讠NKint (*)[3][4] 表示 "指向维度为 [3][4] 的整数数组的指针"。 - Mark Benningfieldint (*p)[3][4] = &a;，它成功编译了。更具体地说，(*p) [1] [2]在我的实验中等价于a [1] [2]，因此我认为&a的类型是int (*) [3] [4]。 - TH讠NKchar而不是int，代码将被定义。 - tstanisla[1]不是左值。它会自动转换为指针。因此，在p[6]和a[1][2]中，都将int作为int左值访问。 - tstanisl
a[0][6]等同于a[1][2]，但已经确定，根据标准，尝试访问a[0][6]确实是未定义的。它可能看起来可以工作（正如它确实对您起作用），但不能保证其可行性。 - Steve Summitunion成员来获取通过1D数组和2D数组（或不同的2D数组）进行访问。 - chux - Reinstate Monica