ポインタ変数とポインタのポインタ

Question

ポインタ変数の宣言
char *a[];
をしたとき僕の中では
a[0],a[1]...という、ある文字列A,B,C...の最初のアドレスを指すポインタが、配列になっているものを宣言していると理解していました。

しかしこの次に、ポインタのポインタが出てきました。僕はこれを、
ある変数を指し示すアドレスのアドレスである、と理解しました。

この2つは1つめはいくつかのアドレスを指し示すもの、2つ目は1つのアドレスを指し示すものであるとして、僕の中で異なったものであると理解していましたが、参考書「Ｃ標準コースウェア」によると
プログラムにおいて、関数でポインタ配列を受け取るときchar *p[]はchar **pとしてもよい
と書かれており、またその実例として、
（９－５）
#include <stdio.h>
void disp (char *p[],int n){
    int i;
    for (i= 1;i<n;i++){
printf("%s
",p[i]);
}
}
int main(void){
char *girl[] = {"Arica","Candy","Lisa"};
disp (girl,sizeof(girl)/sizeof(girl[0]));
return 0;
}
というプログラムが書かれていました。
ここで一気に訳が分からなくなりました。
char *girl[] = {"Arica","Candy","Lisa"};
と宣言されているため、
girl[0]はAricaという文字列の最初のアドレスを指すポインタ、
*girl[0]はAricaという文字列を直接指し示していると解釈しています。
girlは{"Arica","Candy","Lisa"}という文字列の配列の最初のアドレスを指し示していると考えました。
sizeof(girl)を使った時に不思議なのですが、
girlはどのように配列の終わりを理解しているのでしょうか？
（配列の要素数を渡していない点が不思議です。）
また、
disp側が受け取ったのは*girl[]であり、いくつかのポインタの配列ですが、渡したものはgirlという要素数がないポインタ１つだけです。
そして最初の疑問が出てくるわけですが、*p[]を**pと書きかえてみると、
文字列のアドレスを示すgirlという名の1つのポインタを渡すと、pという名のポインタのポインタで受け取るというのも、よくわからなくなっています。
おそらくポインタ配列に対する理解がどこかでずれているようですが、自分でどこがわからないのかわからなくなっています。
どうかご教授ください。

ulisrt · Accepted Answer

おそらく、実際に試してみるのが手っ取り早いでしょう。

> girlはどのように配列の終わりを理解しているのでしょうか？

コンパイラが配列サイズを知っています。下の test2.c をコンパイルしてみれば、コンパイラがサイズを知らない配列は sizeof できないことが分かると思います。

> 文字列のアドレスを示すgirlという名の1つのポインタを渡すと、
> pという名のポインタのポインタで受け取るというのも、
> よくわからなくなっています。

質問者さんご自身が、質問で引用されていた「関数でポインタ配列を受け取るとき」という部分が肝心です。

配列とポインタを、必ずしも同じように扱えるわけではありません。同じように扱える例を先に学ばれてしまったのが混乱の元になっていると思います。下の test1.cとtest3.c、および test1.cとtest4.c を分割コンパイル／リンクしたプログラムを実行して、比較してみてください。

そして test5.c をコンパイル／実行してみれば、関数の仮引数には実引数そのものではなく、コピーが渡されていることが分かると思います。ポインタの配列でも、ポインタのポインタであっても。「関数でポインタ配列を受け取るとき」char *p[]はchar **pとしてもよいのはこのためです。

// ----- test1.c -----
// （要分割コンパイル）
char *boy[] = {"Dahl", "Dijkstra", "Hoare"};

// ----- test2.c -----
#include <stdio.h>
int main(void){
char *girl[] = {"Arica","Candy","Lisa"};
extern char *boy[];
printf("%zu\n", sizeof(girl)); // サイズは既知
printf("%zu\n", sizeof(boy)); // サイズ不明（コンパイルエラー）
return 0;
}

// ----- test3.c -----
// 配列に正常にアクセスするケース
#include <stdio.h>
int main(void){
extern char *boy[];
printf("%p\n", boy); // 配列の正しいアドレス
printf("%p\n", &boy); // 上と同一のアドレス
printf("%s\n", boy[0]);
return 0;
}

// ----- test4.c -----
// 配列をポインタと同様に扱うと問題を起こすケース
#include <stdio.h>
int main(void){
extern char **boy;
printf("%p\n", &boy); // ポインタ自身のアドレスと見なされる
printf("%p\n", boy); // 余分な評価で、不正なアドレスに
printf("%s\n", boy[0]); // メモリアクセス・エラー
return 0;
}

// ----- test5.c -----
// 配列、ポインタを関数の引数にした場合
#include <stdio.h>
char *girl[] = {"Arica","Candy","Lisa"};
void disp(char *array[], char **pointer){
printf("%p\n", array); // 配列の正しいアドレス
printf("%p\n", &array); // 仮引数 array のアドレス
printf("%p\n", pointer); // 配列の正しいアドレス
printf("%p\n", &pointer); // 仮引数 pointer のアドレス
printf("%s %s\n", array[0], pointer[0]);
}
int main(void){
disp(girl, girl);
return 0;
}

Tacosan · Answer

あ～, 「最初のアドレスを指すポインタ」って表現 (より狭くは「アドレスを指す」のところ) が微妙にあやしいのか.... 「最初の要素を指すポインタ」ならいいんだけど.

C において配列名は (たいていの場合に) 「その配列の先頭要素へのアドレス」に変換される. これは「int の配列」だろうと「char * の配列」だろうと同じこと.

で元の質問の文章からおかしな点をいくつか取り出すと
・「*girl[0]はAricaという文字列を直接指し示している」: そんなことはない... というか, 「直接指し示している」ってどんな状態?
・「disp側が受け取ったのは*girl[]であり、いくつかのポインタの配列ですが」: C では「配列を受け取る」ことはできない. ポインタなら受け取れる. だからこそ「char *p[]はchar **pとしてもよい」んだけど... いや, 本当は「char **p は char *p[] としてもよい」の方が正しいか.
・「文字列のアドレスを示すgirlという名の1つのポインタを渡すと」: 「文字列のアドレスを示す」とは, どういうことでしょうか?
くらいは挙げられるかな.

ちなみにですが, #1 のプログラムで「girlはどのように配列の終わりを理解しているのでしょうか」という疑問は持ちませんでしたか? 疑問ではないというなら, 説明してみてください.

あと「前半部分が理解できないままです」の「前半部分」ってどの部分でしょうか.

Tacosan · Answer

まず「ポインタのポインタ」を「ある変数を指し示すアドレスのアドレス」と理解しちゃったところが間違い. 「××のポインタ」といえば, それは「××という変数のアドレス (を保持する変数)」という意味. つまり「ポインタのポインタ」は「ポインタ変数のアドレス (を保持する変数)」ということ.

後半については, そもそも配列とポインタに関する理解が足りていないんだと思う. 例えば
#include <stdio.h>
void disp (int p[],int n){
int i;
for (i= 1;i<n;i++){
printf("%d
",p[i]);
}
}
int main(void){
int girl[] = {5, 1002, 79};
disp (girl,sizeof(girl)/sizeof(girl[0]));
return 0;
}
だったらわかる?

ポインタ変数とポインタのポインタ

おそらく、実際に試してみるのが手っ取り早いでしょう。

この回答への補足

あ～, 「最初のアドレスを指すポインタ」って表現 (より狭くは「アドレスを指す」のところ) が微妙にあやしいのか.... 「最初の要素を指すポインタ」ならいいんだけど.

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