Почему argv (вектор аргументов) в C определяется как указатель и зачем определять его ноль в качестве имени программы?

argv определяется как указатель, а не как массив, потому что в C нет такой вещи, как параметр массива.

Вы можете определить что-то, что выглядит как параметр массива, но "приспосабливается" к типу массива во время компиляции; например, эти два объявления полностью эквивалентны:

int foo(int param[]);
int foo(int param[42]); /* the 42 is quietly ignored */
int foo(int *param);    /* this is what the above two declarations really mean */

И определение main можно записать так:

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

or as

int main(int argc, char **argv) { /* ... */ }

Эти два точно эквивалентны (и второй, ИМХО, более четко выражает то, что на самом деле происходит).

Типы-массивы в некотором смысле являются типами второго сорта в C. Код, который манипулирует массивом, почти всегда делает это с помощью указателей на элементы, выполняя арифметические операции с указателями для обхода элементов.

Раздел 6 часто задаваемых вопросов о comp.lang.c объясняет часто запутанные отношения между массивами и указателями.

(И если вам сказали, что массивы «на самом деле» являются указателями, это не так; массивы и указатели — разные вещи.)

Что касается того, почему argv[0] указывает на имя программы, то это просто потому, что это полезно. Некоторые программы печатают свои имена в сообщениях об ошибках; другие могут изменить свое поведение в зависимости от имени, под которым они вызываются. Объединение имени программы с аргументами командной строки было довольно произвольным выбором, но это удобно и работает.

char *argv[] — это указатель, на который распался массив char *. Например, вызов такой команды:

$ ./command --option1 -opt2 input_file

можно рассматривать как:

char *argv[] = {
    "./command",
    "--option1",
    "-opt2",
    "input_file",
    NULL,
};
main(4, argv);

Таким образом, в основном существует массив строк за пределами main, и он передается вам в main:

    char *argv[]
    \- --/     ^
      V        |
      |   It was an array
      |
of strings

Причина, по которой argv[0] является командой вызова, в значительной степени историческая. Не знаю, о чем думал первый человек, который до этого додумался, но могу назвать по крайней мере одну полезность для него.

Представьте себе программу, например vim или gawk. Эти программы могут устанавливать символические ссылки (например, vi или awk), которые указывают на одну и ту же программу. Таким образом, запуск vim или vi (или аналогично gawk или awk) может выполнять одну и ту же программу. Однако, проверяя argv[0], эти программы могут определить, как они были вызваны, и, возможно, внести соответствующие коррективы.

Насколько мне известно, ни одна из упомянутых выше программ на самом деле этого не делает, но могла бы. Например, vim, вызываемый через символическую ссылку с именем vi, может включить некоторую совместимость. Или gawk, называемый awk, может отключить некоторые расширения GNU. Однако в современном мире, если бы они хотели это сделать, они, вероятно, создали бы скрипты, которые дают правильные варианты.