全国计算机等级考试二级:c_c 深入探讨数组内存模型

文章作者 100test 发表时间 2007:04:06 21:29:37
来源 100Test.Com百考试题网

计算机等级考试训练软件《百宝箱》

　　对于一个好学的人来书，怎么做不重要，关键是为什么要这样做，只有深入到这一步了，才敢说‘阿，我懂了’，于是，以后碰到类似的问题，就可以从我们知道的原理出发，悠然自得而又满怀信心地推导出正确的结果。然而，好学的人往往注定了困惑于一时的不解，并且，付出过多的时间去试图解决这种迷惑不解，其中的辛苦是可想而知的，因为，我就是这样走过来的。所以，一直都想写一个关于指针，数组，地址，左右值等等这些在语言的学习里面最让人困惑不解的问题。怎奈时间有限，一直没有能完成这样的想法，今天一样是太忙，可能不能完整的把我想说的写出来了，那么，就走个捷径，抛开c /C的语义，从系统底层的原理来就事论事的解决一下网友的问题，本人水平不高，全当抛砖引玉。

[注意，下面的讲解全部以32位系统为例，也就是说，一个int占用4 bytes]

问题：

1. 多维数组传值
我知道2维数组传值func(type [][SIZE]),但是3维的怎么办？3维以上？

若使用类似以上方法，函数中得到的是有const修饰的，也就是说不能更改数组中的值。
若用指针怎么写，我知道二维func(type** array),但数组不能直接定义成array[][],要用循环，麻烦。
3维以上怎么办？数组怎么定义？

2. 有什么函数可以高效复制一个数组出来？不然只有再去循环了

首先讲讲c/c 对数组变量的解释，我们知道语言对变量的解释虽然都是对某一段内存的‘标识’，但是，对于不同的类型的变量，编译器对他的使用和解释都是有区别的。
比如：
void main()
{
int a=0.
int array[10].
a=3.//ok
array[0]=4.//ok
array={1,2,4}.//error
printf("%d,%d,%d",a,array[0],array).//ok
return.
}
　　对于上面的程序段，a代表了系统中一个4byte的内存区域，编译时候用a来代表内存的值[也就是所谓右值]，array来代表一段（4*10）byte内存区域的值，而具体到array这个变量的身上，编译器解释他的时候，把它看成是这段内存的首地址。所以上面的程序段中的那个printf打印出来的因该是a的值， array第一个元素的值,array的首地址。基于以上的一些事实和理论，
int *p=array.
int **p1=&.array.

　　p和p1从他们的值上面来说，他们是一样的，都是array元素的首地址，他们的不同在于他们的语义上的区别：
　　　　　　　　　　*p=array.//一个指向了数组的指针
　　　　　　　　　　int **p1=&.array.//一个指向了‘指向数组的指针‘得指针。

　　语义上的不同，对于编译器来解释这个变量的行为的时候非常重要，但是对于系统的内部来说，基本的内存的结构一样的，我们如果能抓住这点的话，那么，指针对我来说将是透明的。
下面举个例子：
int array[10].
int array2d[3][10].
　　这两个数组的区别和联系分别是什么，如果你能很清楚地认识到那么，你已经有不错的功力了。

　　首先，不同点，最表面的语义上的不同就是一个是1维，一个是二维，
for(int i=0.i<10.i )
{
for(int j=0.j<3.j )
{
array2d[j][i]=array[i].
}

}

　　上面的程序将有3行数据的array2d数组每行都设成和array相同的值，从这一层来看，我们更能清晰地感觉到行和列的存在[也就是意识到了维的存在。但是在内存内部的实现又是什么样的情况呢[注意，现在来说相同点啦。

　　我们知道，只要是数组，那么系统将会分配给连续的空间，不管是几维的数组
对于int array[10]， 系统分配了4*10 bytes的连续空间。对于int array2d[3][10],系统分配了4*(10*3)bytes的连续空间,注意，两者的内存模型完全一样，只是可用的长度不同而已，只要找到这两个连续的空间的头位置，就可以根据偏移来访问任何一个元素，不管是几维的数组，并且，数组名永远指代连续空间的头地址，于是，我们定义
int* p=array.
*p==array[0].
*(p 1)==array[1].
*(p 9)==array[9].
......
array[x]=*(p x).
///////////////// 同样，
int* p=array2d.
*p==array[0][0].
*(p 1)==array[0][1].

*(p 9)==array[0][9].
*(p 15)==array[1][5].
.......
array[x][y]==*(p (10*x) y).

推广到3维，4维，道理都是一样的,比如，
int array[A][B][C][D].
int *p=array.
array[a][b][c][d]=*(p a*B*C*D b*C*D c*D d).后面的部分‘a*B*C*D b*C*D c*D d’称作偏移量

　　其实，编译器生成的代码中对于数组元素的访问，就是通过上面的等式完成的，到现在，你可能也感觉到了语义层面上的区别，以及他们的重要性了。清晰地说明如下：
int array[2][3].和int array1[3]2].
　　对系统来说，都是申请了一个2*3*4=24bytes的连续空间，但是由于定义规范的不同导致了，内存偏移计算不一样。
考察
array[1][1]和array1[1][1]的偏移，
array[1][1]的偏移是1*3 1=4.(4个int型长的偏移，也就是4*4=12byte的偏移)
array1[1][1]的偏移是1*2 1=3.
所以，数组的定义在内存访问的层面上来讲，就是决定了元素偏移的计算方法。

问题解答：1. 多维数组传值

　　对于数组这样的东西，系统并不是值传递的，[如果说值传递的话，那么也是数组地址的值传递]，也就是说，并没有建立一个完全一样的拷贝数组，而是将数组的地址作为一个值压入栈，供函数使用。所以，你定义的时候，只要定一个指针传入，然后后面给出维数和各维大小就可以了。比如要出入一个4维数组，你可以定义成这个样子void fun(int *p,int d1,int d2,int d3,int d4).然后，在函数内部，直接使用偏移来访问各个元素，于是，当你要传入int array[A][B][C][D].时候，你可以这样调用
fun(array,A,B,C,D).
　
　　根据上面的方法，你还以用不定参数函数的方法，或者用维数数组和数组长的方法来定义出适合任意维数组的寒暑，这个问题留给读者自己去完成了:-).

2. 有什么函数可以高效复制一个数组出来？不然只有再去循环了。其实这个问题到这里不言自明了，仅仅举个例子
int array1[A][B][C][D].
int array2[A][B][C][D].
　　拷贝array1内容到array2中去，由于下面使用到了系统相关的底层操作的缘故，假定在win32系统下，太简单了，一句话搞定
memmove(array2,array1,A*B*C*D).

最后问一个问题，为什么用，memmove不用memcpy?

水平有限加之时间仓促，不妥之处在所难免，请各位多指教！