揭開C/C++中數組形參的迷霧

楔子

去年，周星星大哥曾經在VCKBASE/C++論壇發表過一篇文章“數組引用"以避免"數組降階”，當時我不能深入理解這種用法的含義；時隔一年，我的知識有幾經錘鍊，終於對此文章漸有所悟，所以把吾所知作想詳細道來，竟也成了一篇文章。希望本文能對新手有所啟迪，同時也希望大家發現本文中的疏漏之處後不吝留言指教。

故事起源於周星星大哥給出的兩個Demo，為了節省地方，我把兩個Demo合二為一，也能說明同樣的問題：

#include <iostream>
using namespace std;
void Foo1(int arr[100])
{
cout << "pass by pointer:　 " << sizeof(arr) << endl;
}
void Foo2(int (&arr)[100])
{
cout << "pass by reference: " << sizeof(arr) << endl;
}
void main()
{
int a[100];
cout << "In main function : " << sizeof(a) << endl;
Foo1(a);
Foo2(a);
}其運行結果如下：In main function : 400
pass by pointer: 4
pass by reference: 400

這段代碼說明了，如果數組形參是數組名形式(或者指標形式，下文討論)時，使用sizeof運算子，將得不到原來數組的長度；如果用傳遞原數組引用的方法，則沒有問題。

這段代碼的確很難理解，因為這短短的十幾行涉及到了形參與實參的關係、數組名和指標的關係、引用的意義、聲名和運算式的關係這4大類問題，只要有1條理解不透、或者理解不正確，就理解不透上面的這段代碼。本文也就從這4個問題入手，把這4個問題首先解決掉，然後再探討上面的這段代碼。雖然這樣看來很是繁複，但是我認為從根上入手來理解、學習，是條似遠實近的道路。

一、函數形參和實參的關係

void Foo(int a);
Foo(10);

這裡的a叫做形式參數（parameter），簡稱形參；這裡的10叫做實際參數（argument），簡稱實參。形參和式參之間是什麼關係呢？他們是賦值的關係，也就是說：把實參傳遞給形參的過程，可以看作是把實參賦值給形參的過程。上面的例子中，實參10傳遞給形參a，就相當於a=10;這個賦值的過程。（因為資料類型多的很，無法舉例子舉全面，所以這裡就不舉例子了；如果覺得不好理解，就在vc中寫個sample調試一下各種資料類型的情況，你就能夠驗證這個結論了。）

二、數組名和指標的關係

這個問題是個曆史性的問題了，在C語言中，數組名是當作指標來處理的。更確切的說，數組名就是指向數組首元素地址的指標，數組索引就是距數組首元素地址的位移量。理解這一點很重要，很多數組應用的問題就是有此而起的。這也就是為什麼C語言中的數組是從0開始計數，因為這樣它的索引就比較好對應到位移量上。在C語言中，編譯過程中遇到有數組名的運算式，都會把數組名替換成指標來處理；編譯器甚至無法區分a[4]和4[a]的區別！*2 但是下面這一點需要注意：

int a[100];
int *b;

這兩者並不等價，第一句話聲明了數組a，並定義了這個數組，它有100個int型元素，sizeof(a)將得到整個數組所佔的記憶體大小，是400；第二句話只是聲明並定義了一個int型的指標，sizeof(b)將得到這個指標所佔的記憶體大小，是4。所以說，雖然數組名在運算式中一般會當作指標來處理，但是數組名和指標還是有差距的，最起碼有a==&a[0]但是sizeof(a)!=sizeof(a[0])。

並且在ANSI C標準中，也明文規定：在函數參數的聲明中，數組名北邊一起當作指向該數組第一個元素的指標。所以，下面的幾種書寫形式是等效的：

void Foo1(int arr[100]){}
void Foo2(int arr[]){}
void Foo3(int *arr){}
C++儘可能的全面相容C語言，所以這一部分的文法相同。