• 上幾篇文章學習了ABI-應用程序二進制接口：【軟件開發底層知識修煉】二十六 ABI-應用程序二進制接口 學習總結文章目錄
• 本篇文章就指針與數組的聯系與區別來學習學習

文章目錄

• 1 疑問
• 2 指針與數組是不相等的
• 3 解決疑問
• 4 總結

1 疑問

在具體用文字理論來說明指針與數組的區別之前，先看一下下面的代碼例子，這兩個程序輸出的結果是一樣的么？不一樣的話，分別輸出什么？

• main.c

#include <stdio.h>extern char* g_name;int main() {define_print();printf("main() : %s\n", g_name);return 0; }

• define.c

#include <stdio.h>char g_name[] = "D.T.Software";void define_print() {printf("define_print() : %s\n", g_name); }

將上述兩個程序放到同一文件夾下進行編譯運行：

• gcc -g main.c define.c -o test.out
• .test.out

運行結果如下：

• 但是如果我把main.c中的extern char* g_name; 換成extern char g_name[]; 的話，程序運行就可以通過，并且可以得到預期的結果。

對于這個結果，我想并不是很多人可以理解的。這個問題放到后面解釋。下面我們先來看看指針與數組的一些基本概念。

2 指針與數組是不相等的

• 指針

• 指針的本質就是一個變量，它保存的目標值是一個內存地址。這個內存地址是另一個變量或者不管什么東西的地址
• 指針運算與 * 操作符配合使用能夠模擬數組的行為

• 數組

• 數組是一段連續的內存空間的別名
• 數組名可看做指向數組第一個元素的常量指針。

在C語言中指針與數組在某些層面是具有等價關系的，注意這里說的是某層面。比如下面的代碼層面，指針與數組的操作就是相等的：

那么，既然我們已經學習了那么多匯編的知識，上面的指針與數組的操作在匯編層面（或者叫做二進制層面）是否相等？我們以實際的例子來說明，編譯下面代碼，并生成匯編代碼，查看test函數的匯編代碼：

#include <stdio.h>int test() {int a[3] = {0};int* p = a;p[0] = 1; // a[0] = 1p[1] = 2; // a[1] = 2a[2] = 3; // p[2] = 3 }int main() {test();return 0; }

• gcc -g test.c -o test.out
• objdump -S test.out > test.s 生成test.s反匯編代碼

查看test.s中的test函數中的匯編代碼，如下：

int test() {8048394: 55 push %ebp8048395: 89 e5 mov %esp,%ebp8048397: 83 ec 10 sub $0x10,%espint a[3] = {0}; 804839a: c7 45 f0 00 00 00 00 movl $0x0,-0x10(%ebp) //a[0]的值80483a1: c7 45 f4 00 00 00 00 movl $0x0,-0xc(%ebp)80483a8: c7 45 f8 00 00 00 00 movl $0x0,-0x8(%ebp)int* p = a; //指針p指向數組a的第一個元素，4字節80483af: 8d 45 f0 lea -0x10(%ebp),%eax80483b2: 89 45 fc mov %eax,-0x4(%ebp)p[0] = 1; // a[0] = 1 由于是在第一個位置，沒必要使用add $0x0,%eax80483b5: 8b 45 fc mov -0x4(%ebp),%eax80483b8: c7 00 01 00 00 00 movl $0x1,(%eax)p[1] = 2; // a[1] = 2 可以看出有兩次尋址的過程80483be: 8b 45 fc mov -0x4(%ebp),%eax //首先把指針p存的地址取出來傳給eax寄存器80483c1: 83 c0 04 add $0x4,%eax //然后將eax+480483c4: c7 00 02 00 00 00 movl $0x2,(%eax) //最后將數值2傳給eax寄存器中存的地址所在的內存處，注意這句話的理解。a[2] = 3; // p[2] = 380483ca: c7 45 f8 03 00 00 00 movl $0x3,-0x8(%ebp) //可以看出如果是數組的話，直接將值賦值給對應內存處，而不用像指針那樣進行兩次地址的操作 }80483d1: c9 leave 80483d2: c3 ret

對于上面的匯編代碼，應該并不是很多人都可以理解。不理解也無所謂，能夠看出我們的問題所在即可。

• 首先看上面，對于p[0]=1; p[1]=2; 這兩段代碼，它們所對應的匯編代碼，由于p[0]比較特殊，所以看p[2]的。上線的注釋也是比較詳細了，由此我們知道如果將指針當做數組來使用，首先需要取出指針所存儲的地址，然后將地址值+4,然后在加了4的地址處賦值，這很明顯是兩次尋址操作。一次是從指針中取出地址，二是根據這個地址再找到相應的內存然后進行賦值。
• 但是對于 a[2] = 3; 這段話，看上面的匯編代碼，很明顯，就是直接進行一次內存操作。這顯而易見。

由此我們可以粗略的得出以下結論：

指針與數組不管在真么情況下，在二進制層面是完全不同的。盡管在語言書寫的時候等效，但是效率是相差很大的

指針操作是先尋址，然后再對內存單元進行操作

數組是直接對內存單元進行操作

然后就是，在大多數情況下，編譯器做了很多的工作，它讓程序員可以更高效的寫代碼，所以在很多情況中，指針和數組在語言編寫層面，是一樣的，就像上線的示例代碼一樣。

3 解決疑問

上一節內容我們學會了指針與數組的一些區別，現在就來看看最開始的疑問，最開始main.c和define.c編譯運行后，為什么會產生錯誤，并且為什么是段錯誤呢？下面就一點點揭開迷霧。

• 首先我們要知道的前提知識點，C/C++編譯器的天生缺陷

• C/C++編譯器由4個子部件組成，分別是預處理器，編譯器，匯編器，鏈接器
• 每個子部件之間獨立工作，相互之間沒有通信
• 對于語法的檢查與規范只在編譯器（是指第二個子部件的編譯器）編譯階段有效（如：類型約束和保護成員）
• 編譯器認為，每一個源文件都是相互獨立的，對各個源文件單獨進行編譯（當然最后是需要將各個單獨編譯后的文件進行鏈接的）。這個是導致上面錯誤代碼的直接原因。具體還看下面的分析。

那么對于上面的幾條知識點，我們使用下面的圖解進行說明：

• 上面圖示中說了在兩個文件中類型不一致導致運行時錯誤，當然這是表面原因，并且如果是其他的類型（不是指針的類型），有可能就不會出錯。所以我們還需要深挖這其中的錯誤。
• 針對我們的代碼的話，就是在main.c中將g_name聲明為指針，那么編譯器進行編譯的時候，就是單獨編譯main.c文件，并且將g_name按照指針的方式進行編譯。那么由第二節的內容知道，指針的操作是需要兩次尋址的。 這里我我們先記住，下面的分析會用上。

為了能夠更加清楚的說清楚問題，下面我們針對上述的main.c與define.c的編譯的過程簡單的用圖表示一下：

• 上面最后將define.c中的數組g_name的首地址與main.c中代表的指針g_name鏈接起來，具體如何鏈接呢？請看以下圖示：

剛開始define.c中的g_name就是一個數組的首地址，如下圖所示：

當將main.c中的指針g_name與上面的define.c中的g_name進行鏈接后，由于g_name是指針，占4字節，所以鏈接后如下圖：

上面的圖示分析如果能看懂的話，就知道g_name 是一個占有4字節的指針，而g_name 是一個指向數組首地址的值。如果我們注意到前面所說的指針作為數組是需要兩次尋址操作的話，我們就應該知道，如果使用g_name 的話，首先將它存的地址：“D.T.” 取出來，可以看到，它本身應該存的是地址，但是現在是一串字符。然后用這個“地址”來尋址另一個內存地址處。到這里，就明了了，上面的一串字符所代表的地址處是一個未定義的，是一個野地址！！！也就是說在運行的時候，此時g_name是一個野指針！！！這必然會產生段錯誤了！！！

• 這就是為什么，產生的錯誤是段錯誤。真正的原因歸根結底是野指針的原因。

對于上面存在的問題，我們盡量使用以下的方法來解決：

• 盡可能不使用跨文件的全局變量，也就是非static的全局變量
• 當必須使用時，在統一固定的頭文件中聲明global.h
• 其他源文件包含上述global.h即可

4 總結

• 在進行總結前，這里務必再次將聲明與定義的區別說明一下：

聲明只是告訴編譯器，目標存在，可使用

定義，是為目標分配內存（變量）或確定執行流（函數）

理論上，任何目標都需要先聲明，再使用

C/C++允許聲明與定義的統一

下面是針對本文的指針與數組的區別的總結

• C/C++語言中的指針與數組在某些語言層面上的使用時等價的
• 指針與數組在二進制層面是完全不等的
• C/C++編譯器忽略了源碼之間的依賴關系
• 如果一定要使用跨文件之間的全局變量的話，最好將全局變量放到一個統一的頭文件global.h中
• 然后其他源文件包含global.h即可

對于上面的分析，如果沒有懂，可以加左側群，進群進行交流。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的【软件开发底层知识修炼】二十七 C/C++中的指针与数组是不同的的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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