微信群里有同學(xué)問C語言中數(shù)組在內(nèi)存中是怎樣表示的，今天就給大家聊聊這個話題。

開局一張圖：

這個是經(jīng)典的Linux進(jìn)程內(nèi)存布局，通常我們使用的數(shù)據(jù)存在這樣幾個地方：

• 棧區(qū)，Stack
• 全局區(qū)，Global
• 堆區(qū)，Heap

接下來我們分別看一下C語言中的數(shù)組在這幾個區(qū)域是怎樣表示的，注意，小風(fēng)哥的機器是x86 64位。

數(shù)組與棧區(qū)

來看一段極其簡單的代碼：

void arr_on_stack() {
    int arr[6];
  
    arr[0]=100;
    arr[1]=200;
    arr[2]=300;
    arr[3]=400;
    arr[4]=500;
    arr[5]=600;

    int a = arr[0];
}

我們定義了一個局部變量arr作為int類型的數(shù)組，然后分別將100-600寫到了數(shù)組中，那么數(shù)組arr在內(nèi)存中是怎樣表示的呢？

首先我們編譯一下：

# gcc -g -fno-stack-protector a.c

注意，-fno-stack-protector選項是為了禁止堆棧保護(hù)，讓匯編更容易懂些。

好啦，一切準(zhǔn)備就緒，可以庖丁解牛啦，使用的刀就是gdb，代碼面前了無秘密，gdb面前程序的運行時(run time)了無秘密。

用gdb來調(diào)試剛剛編譯出來的程序，這里看一下arr_on_stack函數(shù)的匯編指令：

(gdb) disassemble arr_on_stack
Dump of assembler code for function arr_on_stack:
   0x0000000000400526 <+0>:     push   %rbp
   0x0000000000400527 <+1>:     mov    %rsp,%rbp
   0x000000000040052a <+4>:     movl   $0x64,-0x20(%rbp)
   0x0000000000400531 <+11>:    movl   $0xc8,-0x1c(%rbp)
   0x0000000000400538 <+18>:    movl   $0x12c,-0x18(%rbp)
   0x000000000040053f <+25>:    movl   $0x190,-0x14(%rbp)
   0x0000000000400546 <+32>:    movl   $0x1f4,-0x10(%rbp)
   0x000000000040054d <+39>:    movl   $0x258,-0xc(%rbp)
=> 0x0000000000400554 <+46>:    mov    -0x20(%rbp),%eax
   0x0000000000400557 <+49>:    mov    %eax,-0x4(%rbp)
   0x000000000040055a <+52>:    nop
   0x000000000040055b <+53>:    pop    %rbp
   0x000000000040055c <+54>:    retq
End of assembler dump.

我們在之前的文章《函數(shù)在內(nèi)存中是怎樣表示的？》多次提到過，每個函數(shù)在運行起來后都有屬于自己的棧幀，棧幀組成棧區(qū)，此時arr_on_stack這個函數(shù)的棧區(qū)在哪里呢？答案就在寄存器rbp中。

我們來看一下rbp寄存器指向了哪里？

(gdb) p $rbp
$3 = (void *) 0x7ffffffee2a0

啊哈，原來棧幀在0x7ffffffee2a0這個地方，那么我們的數(shù)組arr在哪里呢？別著急，這條指令會告訴我們答案：

0x000000000040052a <+4>:     movl   $0x64,-0x20(%rbp)

這行指令的含義是說把100(0x64)放到rbp寄存器減去0x20的地方，顯然這就是數(shù)組的開頭，讓我們來計算一下rbp寄存器減去0x20：

0x7ffffffee2a0(%rbp) - 0x20 =  0x7ffffffee280

因此，我們預(yù)測arr應(yīng)該在0x7ffffffee280這個位置上。

接下來我們用gdb驗證一下：

(gdb) p &arr
$2 = (int (*)[6]) 0x7ffffffee280

哈哈，怎么樣，是不是和我們猜想的一樣，數(shù)組arr的確就放在了0x7ffffffee280這個位置，是這樣存儲的：

這就是C語言中所謂的數(shù)組了，無非就是從0x7ffffffee280 到 0x7ffffffee298這一段內(nèi)存嘛，數(shù)組在棧區(qū)就是這么表示的！

數(shù)組與全局區(qū)

同樣看一段代碼：

int global_array[6];

void arr_on_global() {
    global_array[0]=1;
    global_array[1]=2;
    global_array[2]=3;
    global_array[3]=4;
    global_array[4]=5;
    global_array[5]=6;

    int b = global_array[0];
}

同樣使用# gcc -g -fno-stack-protector a.c編譯，然后用gdb加斷點在int b = global_array[0]這行代碼，看下全局變量global_array的內(nèi)存位置：

(gdb) p &global_array
$12 = (int (*)[6]) 0x601050 <global_array>

gdb告訴我們數(shù)組global_array存放在內(nèi)存0x601050這個地址上。

注意0x601050這個地址和剛才看到的0x7ffffffee280這個地址相去甚遠(yuǎn)，為什么呢？

再看下開局那張圖：

全局區(qū)幾乎在最底部，棧區(qū)在最頂部，所以相差很遠(yuǎn)。

接下來讓我們看看0x601050這個內(nèi)存區(qū)域中到底保存了些啥？

我們使用命令x/6wd 0x601050，這個命令告訴gdb從0x601050這個位置開始以32bit為單位用10進(jìn)制依次打印6次，讓我們來看看打印的是什么？

(gdb) x/6wd 0x601050
0x601050 <global_array>:        1      2      3      4
0x601060 <global_array+16>:     5      6

哈哈，怎么樣，是不是正是全局變量global_array中存放的內(nèi)容：

這就是C語言中所謂的數(shù)組了，無非就是從 0x601050到 0x601068這一段內(nèi)存嘛，數(shù)組在全局區(qū)就是這么表示的！

數(shù)組與堆區(qū)

來段代碼：

void array_on_heap() {
    int* arr = (int*)malloc(sizeof(int) * 6);
    arr[0] = 100;
    arr[1] = 200;
    arr[2] = 300;
    arr[3] = 400;
    arr[4] = 500;
    arr[5] = 600;

    int a = arr[0];
}

使用gdb加斷點在int a = arr[0];這行代碼，然后打印數(shù)組arr的地址：

(gdb) p arr
$20 = (int *) 0x602010

注意0x602010這個地址，這個地址和剛才的全局?jǐn)?shù)組global_array的地址0x601050比較接近，因為堆區(qū)和全局區(qū)挨得比較近，可以再回過頭看一下開局那張圖。

然后我們同樣使用x命令查看這個區(qū)域的內(nèi)存內(nèi)容：

(gdb)  x/6wd 0x602010
0x602010:       100     200     300     400
0x602020:       500     600

依然不出我們所料，這個區(qū)域保存的正是數(shù)組的值。

這就是C語言中所謂的數(shù)組了，無非就是從 0x602010到 0x602028這一段內(nèi)存嘛，數(shù)組在堆區(qū)就是這么表示的！

現(xiàn)在你應(yīng)該明白了吧，C語言中所謂的數(shù)組是怎么表示的？很簡單，其實也沒啥表示，無非就是內(nèi)存中一段連續(xù)的空間，僅此而已。

希望這篇文章對大家理解C語言中的數(shù)組有所幫助。