數組，也就是資料區塊而已—-小話c語言(6)

本文代碼編寫編譯啟動並執行環境：[Mac-10.7.1 Lion Intel-based]

Q： 有的時候總是發現一個數組的字串可以修改，但是如果使用字串字面量就不能修改，這是為什嗎？

#include <stdio.h>int main(){    char buf[] = "hello";    char *str = "hello";    buf[0] = 'a';    str[0] = 'a';    return 0;}

代碼運行：

而且是運行到str[0] = 'a'; 的時候掛掉的。

A： 這是因為buf數組的資料存放在棧中，而str指向的字串資料儲存在全域唯讀資料區域。str[0] = 'a'; 修改了不能被修改的資料區塊。

Q： 怎麼才能知道char *str = "hello";這句代碼中的hello字串被儲存在全域唯讀資料區域裡呢？

A： 我們可以使用strings命令來得到上面代碼編譯成的可執行檔裡面的可列印字串。

假設上面的代碼儲存為char_string.c, 編譯： gcc  -o  char_string  char_string.c

先看下strings程式的作用：

接著用strings  char_string得到char_string可執行檔內部的可列印字串：

Q： 那麼怎麼證明char buf[] = "hello"; 中buf儲存的資料hello在棧中呢？

A： 使用gcc  -S  char_string.c得到它的彙編形式：

movbL_.str(%rip), %almovb%al, -14(%rbp)movbL_.str+1(%rip), %almovb%al, -13(%rbp)movbL_.str+2(%rip), %almovb%al, -12(%rbp)movbL_.str+3(%rip), %almovb%al, -11(%rbp)movbL_.str+4(%rip), %almovb%al, -10(%rbp)movbL_.str+5(%rip), %almovb%al, -9(%rbp)leaqL_.str(%rip), %raxmovq%rax, -24(%rbp)movb$97, -14(%rbp)

其中L_.str為：

L_.str:.asciz "hello"

可以看到，上面的彙編代碼中的%rbp即為和堆棧基址相對應的寄存器。

Q： 常常看到，如果arr是個數組，arr[i]和*(arr + i)是等同的， 這裡的i可以為負數嗎？

A： 是的。數組就是個資料區塊，至於是取arr更高地址還是更低地址的資料，這有程式員決定。當然，arr表示數組的初始地址，取比它更低的地址可能不是程式員的本來意圖，小心為之。

#include <stdio.h>#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));int main(){    int arr[] = {1, 2};    int n = 3;    PRINT_D(arr[0])    PRINT_D(arr[-1])    return 0;}

編譯運行：

可以看到，arr[0]列印預期的1, arr[-1]輸出數組arr地址更低4個位元組(筆者的平台的int是4個位元組)空間資料的整形值。依據棧的原理，變數n正好儲存在這個位置，所以會輸出3.

Q： 經常看到多維陣列的形式，發現它的形式還有關於多維陣列相關變數的地址，不是很好地分析，如何很好地認識？

A： 如下例子：

#include <stdio.h>#define PRINT_P(pointer)   printf("%10s is %p\n", #pointer, (pointer));int main (int argc, const char * argv[]){    int arr[2][3] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};    PRINT_P(arr)    PRINT_P(&arr)    PRINT_P(arr[0])    PRINT_P(&arr[0])    PRINT_P(arr[1])    PRINT_P(&arr[1])        return 0;}

運行結果：

可以看到， arr和&arr是一致的，因為arr就是代表此資料的地址；它的地址依然和它一樣；而且arr的虛擬位址是在編譯階段即可確定。arr[0]也是一個地址，因為arr是二維數組，所以&arr[0]和arr[0]也是一致的；arr[0]即是arr初始一塊資料的地址，所以它們也是一致的；同理可分析，arr[1]和&arr[1].

Q： 對於多維陣列的形式，有的時候也有些不好理解；先拿簡單的一維數組來說，數組作為參數的形式是怎麼樣的？

A： 數組作為參數，只需要將首地址傳入即可，當然一般還可能需要數組元素個數的參數。形如：

#include <stdio.h>#define PRINT_P(pointer)   printf("%10s is %p\n", #pointer, (pointer));#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));void    print_arr(int *arr, int size){    int i = 0;    for(; i < size; ++i)        PRINT_D(arr[i])}int main (int argc, const char * argv[]){    int arr[] = {1, 2, 3};    print_arr(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));    return 0;}

因為數組元素是整形的，所以數組地址為整形指標，即為上面的int *, 還有個參數size表示數組的大小。

Q： 既然數組的個數可以用sizeof(arr) / sizeof(arr[0])來表示，那麼參數size不就是不必要的嗎，print_arr函數裡面直接用這個運算式不就可以得到數組的大小了嗎？

A： 測試下。

#include <stdio.h>#define PRINT_P(pointer)   printf("%10s is %p\n", #pointer, (pointer));#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));void    print_arr(int *arr){    int i = 0;    for(; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); ++i)        PRINT_D(arr[i])}int main (int argc, const char * argv[]){    int arr[] = {1, 2, 3};    print_arr(arr);    return 0;}

運行：

Q： 為何數組arr的個數不正確了？

A： 我們可以看看print_arr函數的彙編形式：

0x0000000100000dd0 <print_arr+0>:push   %rbp0x0000000100000dd1 <print_arr+1>:mov    %rsp,%rbp0x0000000100000dd4 <print_arr+4>:sub    $0x10,%rsp0x0000000100000dd8 <print_arr+8>:mov    %rdi,-0x8(%rbp)0x0000000100000ddc <print_arr+12>:movl   $0x0,-0xc(%rbp)0x0000000100000de3 <print_arr+19>:movslq -0xc(%rbp),%rax0x0000000100000de7 <print_arr+23>:cmp    $0x2,%rax0x0000000100000deb <print_arr+27>:jae    0x100000e14 <print_arr+68>0x0000000100000ded <print_arr+29>:lea    0xa4(%rip),%rdi        # 0x100000e980x0000000100000df4 <print_arr+36>:movslq -0xc(%rbp),%rax0x0000000100000df8 <print_arr+40>:mov    -0x8(%rbp),%rcx0x0000000100000dfc <print_arr+44>:mov    (%rcx,%rax,4),%esi0x0000000100000dff <print_arr+47>:mov    $0x0,%al0x0000000100000e01 <print_arr+49>:callq  0x100000e6e <dyld_stub_printf>0x0000000100000e06 <print_arr+54>:mov    %eax,-0x10(%rbp)0x0000000100000e09 <print_arr+57>:mov    -0xc(%rbp),%eax0x0000000100000e0c <print_arr+60>:add    $0x1,%eax0x0000000100000e0f <print_arr+63>:mov    %eax,-0xc(%rbp)0x0000000100000e12 <print_arr+66>:jmp    0x100000de3 <print_arr+19>0x0000000100000e14 <print_arr+68>:add    $0x10,%rsp0x0000000100000e18 <print_arr+72>:pop    %rbp0x0000000100000e19 <print_arr+73>:retq   

可以看到第七行位置的cmp指令和第八行的jae指令，表示如果迴圈變數i大於或者等於2，那麼跳到結束位置。也就是說，這個函數裡面，把arr數組大小看成了2, 這是為什麼呢？這是因為編譯器編譯print_arr函數代碼時，根本不知道傳入int * arr參數的到底是個數組還是指標，所以sizeof(arr) / sizeof(arr[0])得到的是sizeof(int *) / sizeof(int)的值(筆者平台得到的是2)。其實這也是數組名作為參數的一個可能引發錯誤的地方。

Q： 那麼如果把參數形式int *arr改為int arr[]就能將arr當成數組了，代碼就會正確執行？

A： 很可惜，c語言的文法決定了任何代碼都會編譯成確定指令的東西，和上面說的一樣,print_arr依然不知道外部傳入參數arr的數組或者指標到底有多大，sizeof(arr) / sizeof(arr[0])最終又被得到一個詭異的資料。

Q： 那該怎麼辦？

A： 就另外傳入一個參數為傳入數組的元素個數即可。

Q： 關於二維數組，經常看到一些很詭異的樣式，到底怎麼很好地理解？

A： 形如如下代碼：

#include <stdio.h>#define PRINT_P(pointer)    printf("%10s is %p\n", #pointer, (pointer));#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));int main (int argc, const char * argv[]){    int arr[] = {1, 2};    int (*p_arr)[2] = &arr;    PRINT_D(**p_arr)        return 0;}

運行結果：

可以看到， p_arr是一個指標，它指向一個包含2個整形元素的數組；arr數組正好滿足要求，所以p_arr可以指向它。這裡需要注意，p_arr的值是arr的地址，所以使用它的時候需要解引用。*p_arr表示數組arr, *(*p_arr)表示*arr, 也就是arr[0], 所以最後輸出數值1.

Q： 這裡使用p_arr太浪費了，直接用arr比它簡單多了！

A： 是的， 數組指標更多地可以用到二維或者多維陣列更能體現價值。如下代碼：

#include <stdio.h>#define PRINT_P(pointer)    printf("%10s is %p\n", #pointer, (pointer));#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));int main (int argc, const char * argv[]){    int arr[][2] = {{1, 2}, {3, 4}};    int (*p_arr)[2] = &arr[0];    PRINT_D(p_arr[1][1])    p_arr = &arr[1];    PRINT_D(p_arr[0][1])        return 0;}

運行結果：

可以看到，arr是二維數組，arr[0]是一個一維數組， &arr[0]是一維數組指標，p_arr是個指標，它需要指向一個包含2個元素的數組， &arr[0]正好符合，所以int (*p_arr)[2] = &arr[0]; 代碼ok； 緊接著，p_arr[1]表示p_arr指向的一維數組為單位的下一個數組，也就是arr[1]所在的數組； p_arr[1][1]也就等同於arr[1][1], 所以結果列印4；我想，你可以分析後兩句代碼的意圖了。

同時，你也可以看到，上面兩段代碼，同是int (*p_arr)[2]，可以指向單純的一維數組，同時也可以指向二維數組中的一維數組，這就是指標，只要類型ok，就能指。

Q： 下面使用二維數組以及它的指標，為什麼會掛掉？

#include <stdio.h>#define PRINT_P(pointer)    printf("%10s is %p\n", #pointer, (pointer));#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));int main (int argc, const char * argv[]){    int arr[][2] = {{1, 2}, {3, 4}};    int **p_arr = (int **)arr;    PRINT_D(p_arr[0][0])        return 0;}

運行結果：

A： arr是二維數組，arr[0][0]是沒問題的；p_arr是二級指標，它指向arr，也就是p_arr的值是arr.所以p_arr[0]就是以地址p_arr為地址的資料，也就是arr數組的第一個元素，即p_arr[0] 等於1.那麼p_arr[0][0]就是地址為1的一個整形資料，這能保證不掛嗎？

Q： 有的時候，發現下面這樣的聲明實在太難解讀了，有什麼好的方法嗎？

int (*p[3])(int *arg);int  (*(*func)(int  *p))[3];int (*(*func)[3])(int *p);

A： 要讀懂這些函數，需要掌握優先順序，函數指標的知識。

一一解析：

第一個：(*p[3])，[]優先順序比*高，所以p是一個數組，含有3個元素，*表示數組元素都是指標；接著，看到右邊(int *arg)表明前面的是個函數，參數是int *類型， 最左邊的int表示傳回值為整形；最後得到：p是一個數組，它含有3個元素，每個元素都是函數指標，函數指標的格式是: int (*)(int *arg);

由上，代碼例子：

#include <stdio.h>int (*func1)(int *arg);int (*func2)(int *arg);int (*func3)(int *arg);int main (int argc, const char * argv[]){    int (*p[3])(int *arg) = {func1, func2, func3};        return 0;}

第二個：*func表示func是一個指標，後面的int *p表示，它是一個函數指標，參數為int *p, 左側一個星號，表示傳回值是個指標，右側[3]表示傳回值是個3個元素的數組，每個元素都是指標，最左側的int表示傳回值的數組元素為整形。總結下：func是個函數指標，參數為int *p, 傳回值為包含5個元素的數組，且為指標。

第三個： 類似第一個，不過func多了一個指標類型。總結：func是一個指標，它指向一個數組，數組元素個數為3，每個元素都是一個函數指標，函數指標參數為int *p, 傳回值為int.

xichen

2012-5-14 12:46:50