C語言指針進階（三）：數組指針、多維數組指針與地址運算

數組指針基礎

數組名是首元素地址常量，數組指針變量可指向數組或數組元素，支援算術運算。

一維數組指針

int a[5] = {1,2,3,4,5};
int *pa = a;        // pa 指向 a[0]
// 等價關係：
// pa == a == &a[0]
// pa+1 == a+1 == &a[1]
// *(pa+i) == a[i]

兩種訪問方式

1. 下標法：a[i]，直觀、編譯器自動計算偏移。
2. 指針法：*(pa+i) 或 pa[i]，本質相同，指針算術顯式化。

指針遍歷數組

// 方式 1：指針遞增
int *pa = a;
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
    printf("%d ", *pa++);
}

// 方式 2：指針與下標混用
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
    printf("%d ", pa[i]);
}

// 方式 3：範圍 for (C99 VLA 或 C++)
int *end = a + 5;
for (int *p = a; p < end; ++p) {
    printf("%d ", *p);
}

數組名/指針作函數參數

數組作參數退化為指針，實際傳遞首元素地址。形參可寫 int *pa 或 int pa[] 或 int pa[5]（長度被忽略）。

示例：計算平均分

float average(float *scores, int n) {
    float sum = 0;
    for (int i = 0; i < n; ++i) sum += scores[i];  // 或 *scores++
    return sum / n;
}

int main() {
    float s[5] = {80, 90, 85, 95, 70};
    printf("Avg: %.2f\n", average(s, 5));  // s 退化為 float*
}

多維數組指針核心

二維數組 int a[3][4] 在內存中按行主序連續存儲。關鍵類型：

• a 類型：int (*)[4]（指向含 4 個 int 的數組的指針）。
• a[0] / *a 類型：int[4]，退化為 int* 指向 a[0][0]。
• &a[0][0] 類型：int*。
• a+1 指向第 2 行，偏移 4*sizeof(int) 字節。

地址等價表

元素訪問公式

// a[i][j] 等價形式：
*(a[i] + j)          // a[i] 退化為行首指針
*(*(a + i) + j)      // a+i 指向第 i 行，解引用得行首指針
// 統一公式：*(*(a + i) + j)

指向二維數組的指針變量

int a[3][4] = {...};
int (*p)[4] = a;   // p 指向整個二維數組（實為指向首行）
// p+1 指向第 2 行
// *(p+i)+j 是 a[i][j] 地址
// *(*(p+i)+j) 是 a[i][j] 值

• 聲明必須帶括號：int (*p)[4]。int *p[4] 是指針數組（4 個 int*），完全不同。
• 第二維長度（列數）必須常量（C99 VLA 除外），編譯器據此計算行偏移。

完整遍歷示例

int a[3][4] = {{0,1,2,3},{4,5,6,7},{8,9,10,11}};
int (*p)[4] = a;
for (int i = 0; i < 3; ++i) {
    for (int j = 0; j < 4; ++j) {
        printf("%2d ", *(*(p+i)+j));
    }
    printf("\n");
}

字符串指針

char *ps = "C Language";  // ps 指向只讀字符串字面量區
// 等價
char *ps; ps = "C Language";

// 指針算術：跳過前 10 字符
ps += 10;  // 指向 'g'
printf("%s\n", ps);  // 輸出 "guage"

• 字符串字面量存儲在只讀區，不可修改（ps[0] = 'x' → UB）。
• 若需可修改緩衝區：char buf[] = "C Language"; 或 malloc。

字符串指針作函數參數：strcpy 實現

void my_strcpy(char *dst, const char *src) {
    while ((*dst++ = *src++) != '\0');
    // 或精簡：while (*dst++ = *src++);
}

int main() {
    char *src = "CHINA";
    char dst[10];
    my_strcpy(dst, src);
    printf("%s\n", dst);  // CHINA
}

• const char *src 保護源字符串不被修改。
• *dst++ = *src++ 結合賦值、遞增、判斷，極度精簡。

總結

• 數組指針 = 首元素地址 + 算術能力，兩種訪問方式等價。
• 二維數組指針 int (*p)[N] 攜帶列數信息，編譯器自動計算行偏移。
• int *p[N] 是指針數組，int (*p)[N] 是數組指針，括號決定一切。
• 字符串指針指向字面量（只讀）或堆/棧緩衝區（可寫），const 正確表達意圖。
• 指針遍歷 for(p=begin; p 是 C 風格標準範式。