是否可以使用负索引访问二维数组？

Question

我正在尝试访问程序中的二维数组，并且我正在尝试使用负索引（它有助于我的心理步骤）。我想使用最简洁的语法来访问数组元素，即a[i][j]。

但是，当我运行程序时，出现分段错误。

#include <iostream>

int main (void)
{
    int i,j;
    int arr[3][3];
    int ** p;

    for( i=0; i<3; i++)
    {
        for(j=0; j<3; j++)
        {
            arr[i][j] = i+j;
        }
    }

    p = (int **)&(arr[1][1]);

    for( i=-1; i<2; i++)
        {
            for(j=-1; j<2; j++)
            {
                std::cout << p[i][j] << std::endl;
            }
        }
    return 0;
}

我不想使用p[i*something + j] 之类的东西来访问数组元素。有可能吗？

Answer 1

这行得通（我稍后会更深入地解释）：

int (*p)[3] = (int (*)[3])((int *)&arr + 4);

首先。表达式(int *)&arr + 4 形成一个指向与&arr[1][1] 相同位置的指针。

但是我选择了第一种形式来避免可能的反对意见，即&arr[1][1] 形成一个指针，该指针不能用于访问子数组arr[1] 的边界之外。在 C 中这是一个有效的反对意见，而在 C++ 中则不太清楚。 C++ 标准在这方面使用了不同的措辞。无论如何，我通过在单个对象arr 中使用偏移量来完全避免这个话题。

之后，它被转换成一个指向 3 个整数数组的指针。 （即与&arr[0] 相同的类型）。

我认为使用它访问arr 内的任何int 是可以的，尽管我还没有看到很多关于使用指向数组的指针的讨论，因为它与有效空间和无效空间重叠空间。 （我将就此发布一个新问题......）

Answer 2

据我了解，您要实现的是给定二维数组中的位置（代码中的[1][1]），您希望对该位置的邻域执行一些操作。以下是一种可读的方法，我强烈建议这样做：

int row = 1;
int col = 1;
for (int i = -1; i < 2; i++) {
    for (int j = -1; j < 2; j++) {
        std::cout << arr[row + i][col + j] << std::endl;
    }
}

虽然如果你真的想弄乱指针，有办法。您可以将&arr[1][1] 视为指向长度为3（arr 的最后一个维度）的数组的指针，这样您就可以做到这一点：

static cont int ROW_LEN = 3; // 3 here is the last dimension of arr
typedef int (*arrRowPtr)[ROW_LEN]; 
arrRowPtr p = (arrRowPtr)&arr[1][1];

for (int i = -1; i < 2; i++) {
    for (int j = -1; j < 2; j++) {
        std::cout << p[i][j] << std::endl;
    }
}

为什么起作用：p[i] 与*(p + i) 相同，将i 添加到p 意味着添加i * ROW_LEN * sizeof(int)，即将位置移动i 行（向前或向后），保留列。 *(p + i)的类型是int[ROW_LEN]，为了指针算术而衰减到int*，这意味着p[i][j]会将j * sizeof(int)添加到p[i]，也就是将列更改为j。

Answer 3

C++ 标准定义：

5.2.1/1 (...) 无作用域枚举或整数类型。 (...) 表达式 E1[E2] 与 *((E1)+(E2)) 相同（根据定义）

因此，它不需要具有正积分（与根据 8.3.4 必须为正的数组的大小不同）。当 E1 是指针并且 E2 是正整数或负整数时，5.7 定义了 E1 + E2。

所以是的，原则上它应该是有效的。示例：

 int a[4][5] = { { 11, 12, 13, 14,15 }, { 21, 22, 23, 24,25 }, { 31, 32, 33, 34,35 }, { 41, 42, 43, 44,45 } };
 typedef int (*myarr)[5];
 myarr p  = (myarr) &a[2][2];
 cout << p[0][0] << endl << p[-2][-2]<<endl; 

但这不是一个好习惯，因为：

• 这可能会造成混乱，因为大多数人都认为指数是正数
• std::vectors 和 std::array 都具有使用 无符号整数 类型定义的 operator[]。因此，您的负索引实践无法轻松转换为更高级的数据结构
• 它适用于多维数组（由于数据的连续性），但它根本不适用于数组的数组，例如 int**。

Answer 4

可以在数组下标中使用负索引，[] 中的索引基本上是指针的偏移量，所以如果你写：

 int array[5]={1,2,3,4,5};
 int *arr=&array[2];
 int val=arr[-2];

你得到 1。

Answer 5

没有简单的方法可以做到这一点。但是你可以通过一些工作来做到这一点。基本上你所要做的就是获取指向数组的指针，然后将它们移动到你想要的零位置。

#include <assert.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[]) {

    const int minIndex = -5;
    const int maxIndex = 5;
    const int size = maxIndex - minIndex;

    assert(minIndex < maxIndex);

    int arr[size][size];

    // initialize the values in the array
    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        for (int j = 0; j < size; ++j) {
            arr[i][j] = size*i + j;
        }
    }

    // first get the shifted versions of the inner arrays
    int* shiftedInner[10]; 
    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        shiftedInner[i] = arr[i] - minIndex;
    }
    // then shift the outer one 
    int** shifted = &shiftedInner[-minIndex];


    // and now you can work with it as if the
    // base array were arranged like you want it
    printf("%d", shifted[minIndex][minIndex]);
    printf("%d", shifted[-3][-4]);
}

这很恶心，我不建议在生产代码中这样做。但这是可能的。