如何用单个索引访问C语言二维数组？相关内存地址疑问解答

问题背景 #

代码1及运行结果 #

#include <stdio.h>

int main() {
    int a[2][2] = { 0,1,2,3};
    printf("\n%d %d \n%d %d\n",a[0][0],a[0][1],a[1][0],a[1][1]);
    printf("%d %d %d %d\n",*a[0],*a[1],*a[2],*a[3]);
    return 0;
}

运行输出：

0 1 
2 3
0 2 0 1491303602

代码2及运行结果 #

printf("\n%d %d \n%d %d\n",&a[0][0],&a[0][1],&a[1][0],&a[1][1]);
printf("%d %d %d %d\n",a[0],a[1],a[2],a[3]);

运行输出：

1137924528 1137924532 
1137924536 1137924540
1137924528 1137924536 1137924544 1137924552

疑问 #

1. 由于二维数组在内存中是连续存储的，是否可以通过单个索引来访问二维数组？
2. 为什么前两个元素的内存地址&a[0][0]等于a[0]、&a[0][1]等于a[1]，但后两个却不匹配？

解答 #

1. 单个索引访问二维数组的可行性 #

可以。二维数组在内存中是连续线性存储的，对于int a[m][n]，完全可以当作长度为m*n的一维数组访问，常用两种方式：

• 强制类型转换：将数组名转为一维数组指针，例如*(int*)a + i，其中i取值范围是0到m*n-1，对应一维数组的第i个元素；
• 地址偏移：通过*(&a[0][0] + i)直接访问，本质和第一种方式一致，也可以用下标计算a[i/n][i%n]（前提是i不越界）。

注意：代码中a[2]、a[3]属于越界访问，原数组仅2行，超出范围的行指针指向数组内存外的未知区域，这就是输出出现随机值的原因，属于未定义行为，严禁这么写。

2. 地址匹配问题的原因 #

首先明确二维数组的类型逻辑：

• a是int[2][2]类型，a[0]、a[1]本身是int[2]类型的一维数组，在表达式中会隐式转换为指向自身首元素的指针；
• a[0]转换后指向a[0][0]，所以a[0]的值等于&a[0][0]；a[1]转换后指向a[1][0]，所以a[1]的值等于&a[1][0]——你误以为a[1]等于&a[0][1]是完全错误的，二者地址差了一个int的大小（看输出：a[1]是1137924536，&a[0][1]是1137924532）。

而a[2]、a[3]属于越界访问，原数组只有2行，这两个指针指向数组内存范围外的“虚拟行”首地址，自然和&a[1][0]、&a[1][1]不匹配，这类访问属于未定义行为，结果不可预测。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者DCR