C++数组和指针在内存中的布局

数组是连续内存块,指针是地址变量;数组大小固定且sizeof返回总字节,指针sizeof仅返回地址大小;数组名不可修改,指针可重新赋值;传参时数组退化为指针。

c++数组和指针在内存中的布局

在C++中,数组和指针虽然在某些情况下可以互换使用,但它们在内存中的布局和本质完全不同。理解它们的区别有助于写出更安全、高效的代码。

数组的内存布局

数组是一块连续的内存空间,用于存储相同类型的多个元素。它的大小在编译时确定(除非是动态数组),且不能改变。

例如:

int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};

这段代码会在栈上分配一块能容纳5个int的空间,每个int通常占4字节,因此总共占用20字节。这些元素在内存中是紧挨着的,地址依次递增。

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假设arr的起始地址是0x1000,那么各元素的地址如下:

arr[0] → 0x1000arr[1] → 0x1004arr[2] → 0x1008arr[3] → 0x100Carr[4] → 0x1010

数组名arr本身是一个指向首元素的常量指针,即 &arr[0],不能被重新赋值。

指针的内存布局

指针是一个变量,它存储的是另一个变量的地址。指针本身也需要内存空间来保存这个地址。

例如:

int x = 42;
int* ptr = &x;

这里ptr是一个指向int的指针,它在栈上占用一定的空间(通常是8字节,64位系统),其值是变量x的地址。

再比如:

int* dynamicArr = new int[5];
// 使用完后需调用 delete[] dynamicArr;

此时dynamicArr是一个指针,指向堆上分配的一块连续内存,大小为5个int。这块内存的管理需要程序员手动负责。

指针的灵活性在于它可以指向不同的地址,也可以被重新赋值:

ptr = &arr[2]; // 指向数组第三个元素

数组名与指针的区别

尽管数组名可以当作指针使用(如 arr[i] 等价于 *(arr + i)),但它不是真正的指针变量。

数组名是常量,不能自增或赋值:arr++ 或 arr = &other 是非法的。sizeof(arr) 返回整个数组的字节数(如20),而 sizeof(ptr) 只返回指针本身的大小(如8)。当数组作为函数参数传递时,会退化为指向首元素的指针,丢失长度信息。

多维数组与指针数组

二维数组如 int matrix[3][4] 在内存中是按行连续存储的,总共12个int,布局像一个长数组。

而指针数组如 int* ptrArray[3] 是三个指针,每个可以指向不同位置的int或数组,它们之间不一定是连续的。

还有指向数组的指针,如 int (*p)[4] = matrix; 表示p指向一个包含4个int的数组,可用于遍历二维数组。

基本上就这些。数组是连续内存块,指针是保存地址的变量,两者在内存中的角色和行为有本质区别,混淆使用容易引发错误。理解清楚有助于掌握C++底层机制。

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