C/C++ 指標深度解析：從陣列指標到成員指標的完整指南

一、陣列指標、指標陣列與指向指標的指標

在探討陣列指標時，必須同時考量類型與維度這兩個屬性。換句話說，一個陣列若排除其中儲存的數值，其種類可由類型與維度來唯一表示。

A) 一維陣列

在 C 與 C++ 中，陣列指標即為陣列的起始位址（亦即第一個元素的位址），標準文件規定陣列名代表陣列位址（這是位址數值層面的陣列表示）。例如：

int a[10];
int *p;
p = &a[0]; // 與 p = a 等價

因為 a 是陣列名，代表該陣列位址；同時第一個元素為 a[0]，故 &a[0] 也代表該陣列位址。但在高維陣列時，必須考量維度帶來的影響。

a[10] 是一個包含 10 個 int 的陣列類型，a 並非一般指標變數（雖然 C++ 允許 int[] 隱式轉換為 int*）。a 代表陣列首位址，數值上與 &a[0] 相同，故可用指標變數或 a 操作陣列。

需注意：

1. p[i] 與 a[i] 均代表第 i+1 個元素；
2. p+i 與 a+i 代表第 i+1 個元素位址，故可用 *(p+i) 與 *(a+i) 存取；
3. p+1 非指標數值加一，而是跳過目前指向類型的長度（Win32 下 int 為 4 bytes）。

B) 多維陣列

以二維陣列 a[4][6] 為例，陣列名代表起始位址，故 a（第一層）與 &a[0][0] 數值相同但意義不同。可理解為：a 為一維陣列（第一層），含四個元素 a[0]～a[3]（第二層），每個元素又含六個元素（第三層），存取過程為 a → a[0] → a[0][0]。

整體而言：a 為 4 行 6 列二維陣列，a 指向陣列首位址（&a[0]），a[0] 指向一行，為該行名字（與該行首元素位址 &a[0][0] 相同）。數值上 a、a[0]、&a[0][0] 相同，但層次不同。

a+i 表示第 i+1 個元素 *(a+i) 的位址，而 *(a+i) 指向一個陣列，*(a+i)+j 為該陣列第 j+1 個元素位址，故存取元素可用 *(*(a+i)+j)（即 a[i][j]）。

對照圖示，對於 a[4][6]，下列敘述均正確：

• a 為陣列類型，*a 指向一個陣列；
• a+i 指向一個陣列；
• a、*a、&a[0][0] 數值相同；
• a[i]+j 與 *(a+i)+j 同一概念。

總結：對二維指標 a，它指向陣列 a[0,1,2,3]，用 * 可降級到第二層，使 *a 指向第一個真正陣列。其他維度與類型同理。

指向陣列的指標

可宣告指標變數指向一個陣列，例如：

int (*p)[5];

此時 p 為指標，指向含 5 個 int 元素的陣列，指向其他會出錯。初始化可用 *a、*(a+1)、a[2] 等，因二維陣列中只有這些表達式具有相互類似的意義。

C) 指標陣列

指標陣列指陣列中每個元素皆為指標，例如：

int *p[10]; // 而非 int (*p)[10]
char *p[10];

此時 p 為指標（數值上與 &p[0] 相同）。若有 int t[10]，用 int *pt = t 指向 t；若為 int *t[10]，需用指標的指標：

int **pt = t;

因 int *t[10] 中每個元素為指標，t 指向該陣列（數值上等同 &t[0]），即指向一個指標變數，故需用 int **pt。

D) 指標的指標

指標變數內部儲存另一物件位址，故可指向一般變數；指標變數本身也有位址，故可有東西指向該指標變數，再透過它指向物件。定義指標的指標（二重指標）：

int *p1 = &i;
int **p2 = &p1;

函數參數匹配實例

常見匹配（亦為易錯處）：

int a[3], b[2][3], c, *d[3];
void fun1(int *p);
void fun2(int (*p)[3]);
void fun3(int **p);
void fun4(int p[3]);
void fun5(int p[]);
void fun6(int p[2][3]);
void fun7(int (&p)[3]);

編譯時不產生錯誤的搭配（邏輯上不一定正確）：

• fun1、fun4、fun5：a, &a[i], *b, b[i], &b[i][j], &c, d[i]
• fun2：b, b+i
• fun3：d
• fun6：b
• fun7：a

原因分析：

• fun1、fun4、fun5：編譯器忽略陣列大小，視為指標，形式相同；
• fun7：引用需考慮陣列大小，必須與宣告完全一致；
• fun2：p 為指向含 3 元素陣列的指標，b、b+i 符合；
• fun3：p 為指標的指標，d 指向 d[0]（指標），故 d 為指標的指標；
• fun6：p 為 2×3 陣列類型，與 b 完全匹配。

二、函數指標、函數的指標參數與返回指標的函數

A) 函數指標

C++ 規定函數位址即函數名。函數指標需表達函數的參數列表與返回類型，以滿足解析唯一性。例如：

int (*p)(int i, int j); // 正確
int *p(int i, int j);   // 錯誤：變成返回指標的函數宣告

C++ 為安全考量，指標與指向物件類型須一致。指向 int min(int, int) 可行，指向 int min(double, double) 則不可。函數指標同樣怕發生「懸空」，使用前需判斷有效性或定義時初始化：

int (*p)(int, int) = min;
int (*p)(int, int) = &min;
int (*p)(int, int) = 0;

B) 函數的指標參數

函數指標可作函數參數。例如積分演算法，對不同數學函數積分（假設皆為一元）：

template <class T>
T integrate(T lower, T upper, T (*)(T) = 0) throw(integrated_exp);

最後參數為函數指標，預設值 0。若有 double line(double x) { return a*x+b; }，即可使用。函數指標也可作返回類型（注意非函數本身）：

typedef int (*PF)(int);
PF getProcessMethod(); // 正確

C) 返回指標的函數

返回指標的函數需小心兩大問題：

1. 傳回區域變數位址：函數結束時區域變數銷毀，傳出位址已無效：

UserType *Process() {
    UserType ut(param-list);
    return &ut; // 錯誤！
}

2. 使用 new 易造成記憶體洩漏：呼叫端常忘記釋放：

UserType *Process() {
    UserType *put = new UserType(param-list);
    return put; // 呼叫端若不 delete 會洩漏
}

故多數程式設計師改用指標或參考參數來替代此類返回。

三、類成員指標

類成員與一般變數差異在於所在域（scope），決定使用範圍。指標指向類成員函數或變數時，除表達返回類型、參數列表或類型外，還需說明所指成員的域，使用類域限定：

class NJUPT {
    static double money = 20000000;
    int num;
public:
    NJUPT(): num(10) {}
    int get() { return num; }
    double getMoney() { return money; }
};

int NJUPT::*p;           // 指向 int 型成員變數
int (NJUPT::*p)();       // 指向 int f() 型成員函數

使用需該類型的變數或指標：

NJUPT s, *ps;
cout << s.*p;
cout << (s->*p)();

靜態成員則可像一般外部變數/函數一樣定義指標：

double *p = &NJUPT::money;
double (*p)() = &NJUPT::getMoney;