C++数组的存储|C++数组所占内存空间

2020-05-23 14:27:31

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供稿：网友

我们以前说变量像箱子，数组像仓库。在这一节，我们要来深入探究一下，这些“箱子”和“仓库”在电脑内部是怎样摆放的。

内存和地址

我们知道变量和数组都是放在内存里的，我们有时候还能够听到内存地址（Address）这个词。那么地址究竟是什么意思呢？

其实在内存里，就像是许许多多的街道，每条街道有它的名字，而街道上的每幢房子又按顺序地编了号，于是街道名和房子在街道上的编号就能确定内存中唯一的一幢房子，我们在这里认为所有的数据在内存中都是放在房子里。电脑就是依照这个原理找到所要的访问或修改的数据的。街道名和房子在街道上的编号就称为这个房子的地址。我们通常把地址表示为一串十六进制的数。关于十六进制数我们在这里不作展开说明。

那么这些内存中的房子和我们所说的变量和数组是什么关系呢？在内存里的房子的大小是规定的，每幢房子只能存储一个字节（Byte）的数据。（一个字节相当于一个半角的英文字母，一个汉字需要占用两个字节。）有时候，一种类型的变量需要比较大的空间，比如一个浮点型的实数，一幢房子是放不下的，而是需要4幢房子的空间才能放得下。于是电脑就把连起来的4幢房子拼起来，每幢房子放这个实数的一部分数据。而这连起来的4幢房子，构成了一个能够存放浮点型实数的变量。

我们认为，内存中的“房子”是客观存在的，每幢房子的大小一样，没有任何区别；而不同类型的变量“箱子”则是由若干幢房子拼接而成，箱子在内存中是不存在的，只是我们为了方便理解而臆想出来的。右图就是一个浮点型变量在内存中的情况。（图7.2.1）

数组在内存中的存储情况

变量在内存中是由若干个相邻的“房子”拼接而成的，而数组在内存中则是由若干个相邻的数组元素按顺序拼接而成的。每个数组元素又相当于一个变量。左图是一个大小为3的短整型（short）数组在内存中的情况。（图7.2.2）

我们在上一节的最后说到可以省略数组的大小，但是这样一来我们就无法得知数组的大小了，这将可能造成越界访问。当我们了解了数组在内存中的存储情况后，我们就能够知道数组的大小了。在C++中，有一个名为sizeof的操作符，可以求出一个数组或一种数据类型在内存中占了多少“房子”，它的使用方法是：
sizeof(数组名或数据类型);

通过左图我们可以理解，要求出数组的大小，应该是用整个数组占的“房子”数除以每一个数组元素占的“房子”数，即6除以2等于3。下面我们就来看一个求出数组大小的程序实例：（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;
}
运行结果：
size=6
3 5 6 8 7 9

通过这个程序，可以成功地知道一个数组的大小，我们也不用为可能发生的越界访问而发愁了。

字符的存储情况

电脑是用电来计算和保存信息的。在电脑里，就好像有许许多多的开关，用导通（开）来表示1，用断开（关）来表示0。那么这些个“0”和“1”是怎么来表示一些字符的呢？

当只有一个开关的时候，这个开关能表示两种状态，即0和1；当有两个开关的时候，这两个开关可以表示四种状态，即00、01、10、11……如果你学过排列，就不难理解，当有8个开关的时候，可以表示28=256种状态，分别是0~255。在电脑中，就是用8个开关（0或1）来表示一个字节的，每一个开关（0或1）称为一个“位”（Bit），即8位组成一个字节。我们把一个字节所能表示的256种状态和256个字符按一定的顺序一一对应起来，一个字节就可以表示256种不同的字符。这种用8位二进制表示一个字符的编码称为ASCII码（念aski），它的全称是美国信息交换标准码（America Standard Code for Information Interchange）。我们需要记住的ASCII码有三个，数字0的ASCII码为十进制的48，大写字母A的ASCII码为十进制的65，小写字母a的ASCII码为十进制的97。

下面我们就来编写一段程序，输出ASCII码表的常用部分：（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) //从0~15正好16个，所以余数为15的时候换行
{
cout <<endl;
}
}
return 0;
}
运行结果：

以上这段程序输出了96个常用的字符，从空格（ASCII码为十进制的32）一直到三角（ASCII码为十进制的127）。每行16个字符，共6行。有些人可能要问一个问题，上面这段程序中怎么能把整型变量i赋值给字符型变量temp呢？根据前面我们所说的字符的存储原理，不难发现字符的实质是一个0~255的整数，所以把一个在这个范围内的整数赋值给字符变量在C++中是允许的。

字符数组在内存中的存储情况

我们以前说过，字符和字符串是不同的：字符只能是一个，而字符串是由若干个字符连接而成。可是，’a’和”a”有区别吗？

其实字符和字符串的区别有点像单词和句子的区别。一句句子可能只有一个单词组成，但是句号却是必不可少的，否则就不能称为句子了。字符串在结尾处也会加上一个“句号”来表示字符串的结束，称为结尾符。在C++中用数组表示的字符串的结尾符是’/0’，它也是一个字符。所以字符串”a”实际上是两个字符，即字符’a’和结尾符’/0’。

在初始化一个字符数组的时候有两种初始化方式，一种是按字符串初始化，一种是按字符初始化。按字符串初始化就会在最后一个元素出现结尾符，而结尾符也要占用一个字符的空间，所以在声明数组的时候一定要注意空间是否足够。下面我们就来看一下这两种初始化方法：（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;
}
运行结果：
Size of A=6
Size of B=5
Size of C=6
Hello
Hello烫蘃ello
Hello

从数组a、b和c的大小，我们就能看出按字符串和按字符初始化的不同了。你可能还会发现，输出的数组a和c都是正常的，为什么输出的b却夹杂着乱码呢？这是因为a和c的属性都是字符串的字符数组，而b是普通字符数组。b数组没有结尾符，电脑在输出它的时候就会发生问题了。

数组a和b在内存中的存储情况如右上图所示（图7.2.3）

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