C++數組的存儲|C++數組所占內存空間

2020-05-23 14:27:31

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供稿：網友

我們以前說變量像箱子，數組像倉庫。在這一節，我們要來深入探究一下，這些“箱子”和“倉庫”在電腦內部是怎樣擺放的。

內存和地址

我們知道變量和數組都是放在內存里的，我們有時候還能夠聽到內存地址（Address）這個詞。那么地址究竟是什么意思呢？

其實在內存里，就像是許許多多的街道，每條街道有它的名字，而街道上的每幢房子又按順序地編了號，于是街道名和房子在街道上的編號就能確定內存中唯一的一幢房子，我們在這里認為所有的數據在內存中都是放在房子里。電腦就是依照這個原理找到所要的訪問或修改的數據的。街道名和房子在街道上的編號就稱為這個房子的地址。我們通常把地址表示為一串十六進制的數。關于十六進制數我們在這里不作展開說明。

那么這些內存中的房子和我們所說的變量和數組是什么關系呢？在內存里的房子的大小是規定的，每幢房子只能存儲一個字節（Byte）的數據。（一個字節相當于一個半角的英文字母，一個漢字需要占用兩個字節。）有時候，一種類型的變量需要比較大的空間，比如一個浮點型的實數，一幢房子是放不下的，而是需要4幢房子的空間才能放得下。于是電腦就把連起來的4幢房子拼起來，每幢房子放這個實數的一部分數據。而這連起來的4幢房子，構成了一個能夠存放浮點型實數的變量。

我們認為，內存中的“房子”是客觀存在的，每幢房子的大小一樣，沒有任何區別；而不同類型的變量“箱子”則是由若干幢房子拼接而成，箱子在內存中是不存在的，只是我們為了方便理解而臆想出來的。右圖就是一個浮點型變量在內存中的情況。（圖7.2.1）

數組在內存中的存儲情況

變量在內存中是由若干個相鄰的“房子”拼接而成的，而數組在內存中則是由若干個相鄰的數組元素按順序拼接而成的。每個數組元素又相當于一個變量。左圖是一個大小為3的短整型（short）數組在內存中的情況。（圖7.2.2）

我們在上一節的最后說到可以省略數組的大小，但是這樣一來我們就無法得知數組的大小了，這將可能造成越界訪問。當我們了解了數組在內存中的存儲情況后，我們就能夠知道數組的大小了。在C++中，有一個名為sizeof的操作符，可以求出一個數組或一種數據類型在內存中占了多少“房子”，它的使用方法是：
sizeof(數組名或數據類型);

通過左圖我們可以理解，要求出數組的大小，應該是用整個數組占的“房子”數除以每一個數組元素占的“房子”數，即6除以2等于3。下面我們就來看一個求出數組大小的程序實例：（程序7.2.1）
#include "iostream.h"
int main()
{
int array[]={3,5,6,8,7,9};
int size=sizeof(array)/sizeof(int);
cout <<"size="<<size <<endl;
for (int i=0;i<size;i++)
cout <<array[i] <<" ";
cout <<endl;
return 0;
}
運行結果：
size=6
3 5 6 8 7 9

通過這個程序，可以成功地知道一個數組的大小，我們也不用為可能發生的越界訪問而發愁了。

字符的存儲情況

電腦是用電來計算和保存信息的。在電腦里，就好像有許許多多的開關，用導通（開）來表示1，用斷開（關）來表示0。那么這些個“0”和“1”是怎么來表示一些字符的呢？

當只有一個開關的時候，這個開關能表示兩種狀態，即0和1；當有兩個開關的時候，這兩個開關可以表示四種狀態，即00、01、10、11……如果你學過排列，就不難理解，當有8個開關的時候，可以表示28=256種狀態，分別是0~255。在電腦中，就是用8個開關（0或1）來表示一個字節的，每一個開關（0或1）稱為一個“位”（Bit），即8位組成一個字節。我們把一個字節所能表示的256種狀態和256個字符按一定的順序一一對應起來，一個字節就可以表示256種不同的字符。這種用8位二進制表示一個字符的編碼稱為ASCII碼（念aski），它的全稱是美國信息交換標準碼（America Standard Code for Information Interchange）。我們需要記住的ASCII碼有三個，數字0的ASCII碼為十進制的48，大寫字母A的ASCII碼為十進制的65，小寫字母a的ASCII碼為十進制的97。

下面我們就來編寫一段程序，輸出ASCII碼表的常用部分：（程序7.2.2）
#include "iostream.h"
#include "iomanip.h"
int main()
{
char temp;
for (int i=32;i<=127;i++)
{
temp=i;
cout << setw(2) <<temp;
if (i%16==15) //從0~15正好16個，所以余數為15的時候換行
{
cout <<endl;
}
}
return 0;
}
運行結果：

以上這段程序輸出了96個常用的字符，從空格（ASCII碼為十進制的32）一直到三角（ASCII碼為十進制的127）。每行16個字符，共6行。有些人可能要問一個問題，上面這段程序中怎么能把整型變量i賦值給字符型變量temp呢？根據前面我們所說的字符的存儲原理，不難發現字符的實質是一個0~255的整數，所以把一個在這個范圍內的整數賦值給字符變量在C++中是允許的。

字符數組在內存中的存儲情況

我們以前說過，字符和字符串是不同的：字符只能是一個，而字符串是由若干個字符連接而成。可是，’a’和”a”有區別嗎？

其實字符和字符串的區別有點像單詞和句子的區別。一句句子可能只有一個單詞組成，但是句號卻是必不可少的，否則就不能稱為句子了。字符串在結尾處也會加上一個“句號”來表示字符串的結束，稱為結尾符。在C++中用數組表示的字符串的結尾符是’/0’，它也是一個字符。所以字符串”a”實際上是兩個字符，即字符’a’和結尾符’/0’。

在初始化一個字符數組的時候有兩種初始化方式，一種是按字符串初始化，一種是按字符初始化。按字符串初始化就會在最后一個元素出現結尾符，而結尾符也要占用一個字符的空間，所以在聲明數組的時候一定要注意空間是否足夠。下面我們就來看一下這兩種初始化方法：（程序7.2.3）

#include "iostream.h"
int main()
{
char a[]={"Hello"};//按字符串初始化
char b[]={'H','e','l','l','o'};//按字符初始化
char c[]={'H','e','l','l','o','/0'};//按字符串初始化
cout <<"Size of A=" <<sizeof(a) <<endl;
cout <<"Size of B=" <<sizeof(b) <<endl;
cout <<"Size of C=" <<sizeof(c) <<endl;
cout <<a <<endl;
cout <<b <<endl;
cout <<c <<endl;
return 0;
}
運行結果：
Size of A=6
Size of B=5
Size of C=6
Hello
Hello燙蘃ello
Hello

從數組a、b和c的大小，我們就能看出按字符串和按字符初始化的不同了。你可能還會發現，輸出的數組a和c都是正常的，為什么輸出的b卻夾雜著亂碼呢？這是因為a和c的屬性都是字符串的字符數組，而b是普通字符數組。b數組沒有結尾符，電腦在輸出它的時候就會發生問題了。

數組a和b在內存中的存儲情況如右上圖所示（圖7.2.3）

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