c - 指向分配给二维数组的指针的指针，指向错误的地址

Question

我是 C 的新手，虽然我认为我几乎了解了有关指针和数组的全部逻辑，但我遇到了一个对我来说没有任何意义的问题。

考虑一个二维数组，比如说

double arr[][3] = { {1,2,3}, {4,5,6} };

和一个指向指针的指针

double ** ptrptr;

现在，假设打印arr 和arr[0] 分别指向的地址，即

printf( "%ld \n", (long) arr);
printf( "%ld \n", (long) *arr);

产生类似的东西

140734902565640
140734902565640

因为 arr(数组的数组)的第一个元素和 *arr( double 组)的第一个元素具有相同的位置。到目前为止，一切都很好。现在我的问题:

我这样做:

ptrptr = (double **) arr;
printf( "%ld \n", (long) ptrptr);
printf( "%ld \n", (long) *ptrptr);

我希望得到与以前相同的输出，但相反我得到的是

140734902565640
4607182418800017408

所以看起来 ptrptr 和 arr 都评估为指向同一位置的指针 - 正如预期的那样 - 但是 *ptrptr 和 *arr 不。为什么？
此外，如果我再次取消引用，即 **ptrptr，我会遇到段错误。

我的逻辑是……像这样，松散地说:
ptrptr == arr == &arr[0] 应该指向
*ptrptr == *arr == arr[0] == &arr[0][0] 又应该指向
**ptrptr == *arr[0] == arr[0][0]。

虽然我找到了一个可以满足我的目的的解决方法，但我仍然很想知道为什么这不起作用。

Answer 1

让我们谈谈表达式和类型。

除非它是 sizeof 或一元 & 运算符的操作数，或者是用于在声明中初始化另一个数组的字符串文字，类型的表达式“T 的 N 元素数组”被转换(“衰减”)为“指向 T 的指针”类型的表达式，表达式的值是数组的第一个元素。

表达式 arr 的类型为“double 的 3 元素数组的 2 元素数组”。在行中

printf( "%ld \n", (long) arr);

arr 不是 & 或 sizeof 运算符的操作数，因此它被转换为“指向 3- 的指针”类型的表达式double”的元素数组，其值为第一个元素的地址，即&arr[0]。

行内

printf( "%ld \n", (long) *arr);

由于表达式 arr 的类型为“指向 double 的 3 元素数组的指针”，表达式 *arr(相当于表达式 arr[0]) 的类型为“double 的三元素数组”。由于此表达式不是 sizeof 或一元 & 运算符的操作数，因此它被转换为“指向 double 的指针”类型的表达式，其值为第一个元素的地址，即&arr[0][0]。

在 C 中，数组的地址与数组的第一个元素的地址相同(没有为指向第一个元素的指针预留单独的存储；它是从数组表达式本身计算的)。该数组在内存中的布局为

         +---+
    arr: | 1 |  0x0x7fffe59a6ae0
         +---+
         | 2 |  0x0x7fffe59a6ae8
         +---+
         | 3 |  0x0x7fffe59a6aec
         +---+
         | 4 |  0x0x7fffe59a6af0
         +---+
         | 5 |  0x0x7fffe59a6af8
         +---+
         | 6 |  0x0x7fffe59a6afc
         +---+

所以下面的表达式都会产生相同的值，但是类型会不同:

Expression            Type                Decays to     
----------            ----                ---------
       arr            double [2][3]       double (*)[3]
      &arr            double (*)[2][3]    n/a
      *arr            double [3]          double *
    arr[i]            double [3]          double *
   &arr[i]            double (*)[3]       n/a

*arr[i] 和 arr[i][j] 都产生一个 double 值。

现在让我们看看ptrptr:

double **ptrptr = (double **) arr;
printf( "%ld \n", (long) ptrptr);
printf( "%ld \n", (long) *ptrptr);

我们注意到的第一件事是 ptrptr 不是数组表达式，因此上面的转换规则不适用。我们将它指定为指向 arr 的第一个元素，但之后它的行为与任何其他指针一样，因此表达式 ptrptr 和 *ptrptr 将具有不同的值。由于 ptrptr 指向数组的第一个元素 (&arr[0][0])，*ptrptr 产生 value 存储在第一个元素，即 1.00。碰巧的是，当您将 1.00 的位模式解释为该特定平台上的长整数时，它会显示为 4607182418800017408。

下面是一些代码，可以使上面的内容更加清晰:

#include <stdio.h>

int main( void )
{
  double arr[][3] = {{1,2,3},{4,5,6}};
  double **ptrptr = (double **) arr;

  printf( "    arr: %p\n", (void *) arr );
  printf( "   &arr: %p\n", (void *) &arr );
  printf( "   *arr: %p\n", (void *) *arr );
  printf( " arr[0]: %p\n", (void *) arr[0] );
  printf( "&arr[0]: %p\n", (void *) &arr[0] );

  printf( " ptrptr: %p\n", (void *) ptrptr );
  printf( "*ptrptr: %p (%f %ld)\n", (void *) *ptrptr, 
     *(double *) ptrptr, *(long int *) ptrptr );

  return 0;
}

这是输出:

    arr: 0x7fffe59a6ae0
   &arr: 0x7fffe59a6ae0
   *arr: 0x7fffe59a6ae0
 arr[0]: 0x7fffe59a6ae0
&arr[0]: 0x7fffe59a6ae0
 ptrptr: 0x7fffe59a6ae0
*ptrptr: 0x3ff0000000000000 (1.000000 4607182418800017408)

同样，*ptrptr 为我们提供了数组第一个元素的值，即 1.0，但我们将该位模式解释为指针值 ( 0x3ff0000000000000) 和一个长整数 (4607182418800017408)。