memory中的c语言存储数组的机制是什么

Question

我正在学习 c 语言并练习自己。 我想知道 c 如何为数组分配 memory 。 因为我有这样的代码：

#include<stdio.h>

int main(void)
{
     char a[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
     int i = 578;
     char * p1;
     int * p2;
     printf("\nAddress of pointer p1 : %p", &p1);
     printf("\nAddress of pointer p2 : %p", &p2);
     printf("\nAddress of int i : %p", &i);
     p1 = 0x0028FF34;
     p2 = 0x0028FF35;
     /* Print the Addresses */
     for (i = 0; i < 10; i++)
     {
          printf("\nAddress of a[%d] : %p", i, (void *) &a[i]);
     }
     printf("\nThe content in the address 0x0028FF34: %x", *p1);
     printf("\nThe content in the address 0x0028FF35: %x", *p2);
     return 0;
}

在我的电脑上运行此代码会得到 output 像这样

Address of pointer p1 : 0028FF2C
Address of pointer p2 : 0028FF28
Address of int i : 0028FF30
Address of a[0] : 0028FF36
Address of a[1] : 0028FF37
Address of a[2] : 0028FF38
Address of a[3] : 0028FF39
Address of a[4] : 0028FF3A
Address of a[5] : 0028FF3B
Address of a[6] : 0028FF3C
Address of a[7] : 0028FF3D
Address of a[8] : 0028FF3E
Address of a[9] : 0028FF3F
The character content in the addresss 0x0028FF34: ffffff80
The character content in the addresss 0x0028FF35: 3020100

字符指针 p 占用 32 位，即 4 个字节。 因此，指针 p2 与指针 p1 的距离为 4 个字节长，指针 p1 与 int i 的距离也是如此。 int i 在我的系统中也是 4 个字节。 在我看来，int i 与数组 a[] 的距离应该是 4 个字节。 数组a[]的起始地址应该是0028FF34，为什么是0028FF36？

0028FF34和0028FF35的内容是什么意思？ 0028FF34 指向一个字符，output 是 ffffff80 并且 0028ff35 指向一个 int，output 是 3020100。

Answer 1

您想知道 C 如何为数组分配 memory ... 和其他数据类型。 好的。 好吧，这取决于如何定义数组（或其他变量）。 在您的情况下，您已将它们定义为自动分配（“本地”）变量，因此它们存储在 C 运行时堆栈中。 （从技术上讲，对于具有自动存储的变量，可能还有另一种分配机制，但实际上大多数系统都使用运行时堆栈。）如果您在int main(void)上方的几行中定义了数组和其他变量，它们将是“全局变量”并将静态分配并使用外部链接，因此它们对其他编译单元（other.c 文件）可见。 如果您将关键字static放在它们前面，它们仍将被静态分配，但它们的链接将是内部的，因此它们对其他编译单元（.c 文件）不可见。 无论您在 function 主体内部还是外部定义变量，最后一部分都是正确的； 如果您在 function 主体之外将它们定义为static ，则它们可用于同一编译单元中的其他功能； 如果您在 function 主体内将它们定义为static ，则编译器仅允许一个 function 访问它们； 实际上，它们仅在定义它们的 scope 可见。

至于它们的确切放置位置，编译器/链接器可以自由地将它们放置在它选择的存储类区域内的任何位置； 在这种情况下，编译器将它们放置在运行时堆栈中，但它们的顺序和相对位置不是由语言定义的，因此编译器可以自由地以它喜欢的任何方式排列它们。

通常变量会在它们之间分配填充以确保它们对齐，以便它们从数据大小的最佳边界开始，因为（由于硬件问题）访问与其数据宽度匹配的字节边界上的数据通常更快，这正是这里发生的事情。 您可能会说，“但是i以 4 字节边界结束，并且a[]没有 alignment 要求，那么为什么它会在分配a[]之前在i之后添加填充？” 但那是因为您正在考虑按 memory 地址增加的顺序进行分配。 您是否注意到您的变量看起来像是“向后”分配在 memory 中的？ 实际上他们不是，在大多数系统上。 堆栈在 memory 中从高地址向低地址增长，考虑到这一点，很明显，分配的变量集中的第一个变量是a[] ，然后是i （在较低地址）。 因为a[]后面的字节地址不是 4 的倍数，所以在编译器分配i之前，它添加了 2 个字节的填充！

现在，至于您在 0x0028FF34 和 0x0028FF35 处读取的值：无论最后写入这些地址的任何内容都留下了垃圾。 0x0028FF34 处的字节是 0x80，它通过... varargs 作为 integer 传递给“printf()”，并且在您的系统上， char必须被签名，所以当它被提升为 integer 时，它是符号扩展的，因为0x80 的位为 1，结果值为 0xFFFFFF80。 您读取为 0x0028FF35 的 integer 显示该地址的字节是 0x00，其他字节是 03、02 和 01，您应该注意的是a[]的前 3 个字节。 我们还可以从中看出您的系统是小端（如 x86），因为 integer 的高位字节位于高位字节可寻址位置。

Answer 2

没有要求连续分配变量变量。

大多数数据类型需要在 4 的倍数（在某些情况下为 8）的地址处对齐。 例外是char ，它不需要任何特殊的 alignment。

正如您所注意到的， int和指针变量与 4 字节 alignment 连续分配（尽管有趣的是它们的分配顺序与声明不同）。

char数组在它之后分配，并使用 10 个字节。 堆栈中很可能还有其他内部数据使用数组后的 memory，它需要 4 字节 alignment。 所以某处会有 2 个浪费的字节——它可能在数组之前或之后。 编译器选择将它放在数组之前。