C数组和指针相关的问题
两个面试题
面试时发现很多公司喜欢考一些数组和指针相关的问题。比较常见的是下面这个:
1 | /* main.c */ |
问题是这段代码是否可以正常运行?
最近还碰到个题目是这样的:
1 | int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; |
这段代码的输出是什么?
在表达式中数组名字和指针的关系
要解决上面的两个问题,就要搞清数组名字和指针的关系。
在C中,大部分的表达式中数组名字的值就是数组第一个元素的地址,指针类型是和元素的类型一样,但是一个const的指针。
对于下面这种定义:
1 | int a[10]; |
这两种声明也是等价的。 但绝不能认为数组名字和指针就是等价的。在表达式中有2个例外:
- sizeof: sizeof(a) 的值是数组的大小 ,不是第一个元素指针的大小。
- &操作符。 &操作符返回的是第一个元素的地址,所以下面代码中三个printf输出的地址是一样的:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13int a[5];
printf("%x\n", a);
printf("%x\n", &a[0]);
printf("%x\n", &a);```
但有意思的是上面代码中&a的类型是 int (*)[5],所以下面代码的输出是这样的:
```c
int a[5];
printf("%x\n", &a);
printf("%x\n", &a + 1);
----------------------------------
output: 2686740
2686760
可以看到地址差了20个byte, 就是int a[5]所占用的空间。
所以上面第二个题目的答案是不确定,因为p这个指针已经越界了,不在数组a的范围内了。
编译器对于数组和指针的处理是不同的
对于第一个问题
1 | /* main.c */ |
我们来看下这段代码的汇编的代码:
1 | gcc -o ptr_test main.c foo.c |
1 | 080483c8 <foo>: |
我们修改下foo.c
1 | /* foo.c */ |
然后看下汇编代码:
1 | 080483c8 <foo>: |
可以发现不同的地方就是第二段代码多了 mov (%eax),%eax。
为什么会这样呢?
- 首先,在C语言中 数组下标 array[subscript] 等价于 *( array + ( subscript ) )。 也就是说编译器会将代码中a[0]转化为*(a + 0)也即是 *a, 所以代码中 x = a[0] 会变成 x = *a 。
- 上面汇编代码中 0x804a018 是全局数组a的地址。 mov 0x804a018,%eax 这句代码就是把地址0x804a018的数据放到寄存器eax中,在我们的代码中地址0x804a018的整型数据就是1。所以eax中的数值就是1。
- 如果声明a为数组,*a的值就是eax中的值。 **%eax,-0x4(%ebp)**这就就是把*a的值赋给x。
- 如果声明a为指针,程序为了获得*a的值,就要去地址a取值。mov (%eax),%eax,这就是到eax中的值的地址去取整型数据,然后copy到eax中。 这就是一个取值的动作。因为eax中数据是1, 所以对这个地址取值是非法的,程序会终止。
所以第一个问题就是因为编译器对数组和指针的处理是不同的。
对于数组a, 只会到a的地址取值,然后这个值就是*a的值,也就是1。
0x804a018
| 1 | 2 | 3 | 4 |对于指针a, 首先要到a的地址取值,这个值是指针a的值,也就是1。对于*a, 还要有个取值的动作,就是到地址为指针a的值的地方取值,所以就是到地址1去取值。
0x804a018
| 1 | 2 | 3 | 4 |
1
| ? | ? | ? | ? |