C 语言中的数组指针数组与函数指针数组

一、引言

在 C 语言的高级应用中，数组指针数组和函数指针数组是两个强大但容易混淆的概念。它们分别代表了 "存储数组指针的数组" 和 "存储函数指针的数组"，在系统编程、嵌入式开发、游戏引擎等领域有着广泛的应用。本文将深入解析这两个概念的语法、应用场景及关键区别。

二、数组指针数组（Array of Pointers to Arrays）

1. 基本概念与语法

数组指针数组是一个数组，其元素都是指向数组的指针。这种数据结构常用于处理多维数组的集合或动态调整数组大小。

定义语法：

data_type (*array_name[size])[array_size];

• data_type：指向的数组元素类型
• array_name：数组名称
• size：数组指针数组的大小
• array_size：每个指针指向的数组大小

// 声明：包含3个元素的数组，每个元素是指向int[4]的指针
int (*arrPtrArray[3])[4]; 

示例代码：

#include <stdio.h>int main() {int arr1[3] = {1, 2, 3};int arr2[3] = {4, 5, 6};int arr3[3] = {7, 8, 9};// 定义数组指针数组int (*arr_ptr_array[3])[3] = {&arr1, &arr2, &arr3};// 访问数组元素for (int i = 0; i < 3; i++) {for (int j = 0; j < 3; j++) {printf("%d ", (*arr_ptr_array[i])[j]);}printf("\n");}return 0;
}

2.内存模型与初始化

int matrix1[4] = {1,2,3,4};
int matrix2[4] = {5,6,7,8};
int matrix3[4] = {9,10,11,12};// 初始化数组指针数组
int (*arrayOfPtrs[3])[4] = {&matrix1, &matrix2, &matrix3};

内存布局：

栈内存：
+---------------------+
| arrayOfPtrs[0]      | --> 指向matrix1 (地址0x1000)
+---------------------+
| arrayOfPtrs[1]      | --> 指向matrix2 (地址0x1010)
+---------------------+
| arrayOfPtrs[2]      | --> 指向matrix3 (地址0x1020)
+---------------------+堆/数据区：
0x1000: [1,2,3,4]  // matrix1
0x1010: [5,6,7,8]  // matrix2
0x1020: [9,10,11,12] // matrix3

3. 元素访问技巧

// 访问第2个矩阵的第3个元素
int val = (*arrayOfPtrs[1])[2]; // 获取7// 遍历所有矩阵
for(int i=0; i<3; i++) {printf("矩阵%d: ", i+1);for(int j=0; j<4; j++) {printf("%d ", (*arrayOfPtrs[i])[j]);}printf("\n");
}

4. 数组指针数组的典型应用

⑴. 动态二维数组管理

使用数组指针数组动态管理多个二维数组：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {// 创建3个4x4的二维数组int (*matrices[3])[4][4];for (int i = 0; i < 3; i++) {matrices[i] = (int (*)[4][4])malloc(sizeof(int[4][4]));// 初始化二维数组for (int j = 0; j < 4; j++) {for (int k = 0; k < 4; k++) {(*matrices[i])[j][k] = i * 16 + j * 4 + k;}}}// 释放内存for (int i = 0; i < 3; i++) {free(matrices[i]);}return 0;
}

⑵.多维度数据处理

在科学计算中，常用于处理多组实验数据：

// 假设有3组温度数据，每组10个测量值
float (*temperature_data[3])[10];

三、函数指针数组（Array of Function Pointers）

1. 基本概念与语法

函数指针数组是一个数组，其元素都是指向函数的指针。这种数据结构常用于实现状态机、命令处理器或回调函数表。

定义语法：

return_type (*array_name[size])(parameter_list);

• return_type：函数返回类型
• array_name：数组名称
• size：数组大小
• parameter_list：函数参数列表

// 声明：包含4个函数指针的数组
// 每个函数接受int返回void
void (*funcArray[4])(int); 

示例代码：

#include <stdio.h>// 定义三个不同的函数
int add(int a, int b) { return a + b; }
int subtract(int a, int b) { return a - b; }
int multiply(int a, int b) { return a * b; }int main() {// 定义函数指针数组int (*operations[3])(int, int) = {add, subtract, multiply};// 通过函数指针数组调用函数printf("3 + 5 = %d\n", operations[0](3, 5));  // 输出: 8printf("3 - 5 = %d\n", operations[1](3, 5));  // 输出: -2printf("3 * 5 = %d\n", operations[2](3, 5));  // 输出: 15return 0;
}

2.初始化与调用

// 定义不同函数
void processA(int x) { printf("A处理: %d\n", x*2); }
void processB(int x) { printf("B处理: %d\n", x+5); }
void processC(int x) { printf("C处理: %d\n", x/2); }// 初始化数组
void (*operations[3])(int) = {processA, processB, processC};// 动态调用
int cmd = 0, value = 10;
while(1) {printf("输入命令(0-2, 其他退出): ");scanf("%d", &cmd);if(cmd < 0 || cmd > 2) break;operations[cmd](value); // 关键调用
}

内存布局：

代码区：
0x4000: processA 机器码
0x4100: processB 机器码
0x4200: processC 机器码数据区：
funcArray[0] = 0x4000
funcArray[1] = 0x4100
funcArray[2] = 0x4200

3.函数指针数组的典型应用

⑴.状态机实现

使用函数指针数组实现简单的状态机：

#include <stdio.h>// 定义状态处理函数类型
typedef void (*StateHandler)();// 状态处理函数
void state_idle() { printf("空闲状态\n"); }
void state_running() { printf("运行状态\n"); }
void state_error() { printf("错误状态\n"); }int main() {// 状态函数指针数组StateHandler states[3] = {state_idle, state_running, state_error};// 当前状态int current_state = 1;// 执行当前状态处理函数states[current_state]();  // 输出: 运行状态return 0;
}

⑵.命令行解析器

使用函数指针数组实现命令行解析器：

#include <stdio.h>
#include <string.h>// 命令处理函数类型
typedef void (*CommandHandler)();// 命令处理函数
void cmd_help() { printf("显示帮助信息\n"); }
void cmd_quit() { printf("退出程序\n"); }
void cmd_list() { printf("列出文件\n"); }// 命令结构
struct Command {const char* name;CommandHandler handler;
};int main() {// 命令表struct Command commands[] = {{"help", cmd_help},{"quit", cmd_quit},{"list", cmd_list}};int num_commands = sizeof(commands) / sizeof(commands[0]);char input[20];printf("输入命令: ");scanf("%s", input);// 查找并执行命令for (int i = 0; i < num_commands; i++) {if (strcmp(input, commands[i].name) == 0) {commands[i].handler();break;}}return 0;
}

四、数组指针数组与函数指针数组的区别

特性	数组指针数组	函数指针数组
本质	存储数组指针的数组	存储函数指针的数组
语法	data_type (*arr[size])[array_size]	return_type (*arr[size])(params)
元素类型	指向数组的指针	指向函数的指针
典型应用	动态多维数组管理、科学计算	状态机、命令解析器、回调函数表
访问方式	(*arr[i])[j]	arr[i](args)