一道关于内存分配的题

Thu, 26 Jan 2023 15:54:53 +0800

封面图：https://www.pixiv.net/artworks/95681846

曾经我以为没有递归的程序阅读题都是渣渣，直到……

题目描述

下面代码进行数组与指针的操作，已知&score[0]的值为 0x00FF2000。

#include <stdio.h>
int main()
{
short int *p1;
long int *p3;
short int score[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
p1 = score;
p3 = (long int*)score;
printf("%p, %p\n", p1 + 1, p3 + 1);
printf("%d, %d\n", *p1, *p3);
return 0;
}

(1) 请说明数组名score 的含义。

(2) 写出程序执行结果。

非官方答案：

(1)指向数组score头元素的指针
(2)
0x00FF2002 0x00FF2004
1 131073

注：在64位linux系统上时，第一个printf输出的第二个数应为0x00FF2008

题目详解

首先第一小题完全莫名其妙，不讲。

有意思的是第二小题，这个程序有两个printf语句，第一个printf主要考察指针运算。众所周知，假设指针的类型长度为n，那么指针加k，指针实际移动n*k。在本例中，指针p1的类型是short int *，short int的类型长度是2个字节，此处p1+1，实际地址增加2，即0x00FF2002。p3+1同理。但是这里有个小坑，long int 在64位linux系统上是8个字节，在windows上是4个字节。实际考试中应指定long int长度。

第二个printf语句是输出两个指针对应的内容。我们先忽略格式控制符，看后面的两个参数。第一个参数是*p1，又因为p1=score，p1和score都是short int *类型，所以毫无疑问这里是取score[0]，也就是1。第二个参数是*p3，也有p3=score，但是p3是long int *，在它执行*运算的时候会一次取long int长度的内容，也就是取4个字节。然而，一个short int类型只占2个字节，所以这里发生了访问溢出。那么这里到底取出来了什么呢？这就需要从内存里分析了。

程序内存分配分析

相信大家都很熟悉下面这张图：这张图展示了计算机内存分配的顺序。我们知道，对于局部变量，系统在栈区从高地址向低地址分配内存。而在数组内部则是从低地址向高地址分配内存。因此变量相对位置如表：

内存内容	内存属主
0x00FF2000	p1
0x00FF2000	p3
未知	score[9]
9	score[8]
8	score[7]
7	score[6]
6	score[5]
5	score[4]
4	score[3]
3	score[2]
2	score[1]
1	score[0]

当进行*p3操作时，从低地址向高地址进行操作，取出的即为score[0]和score[1]占用的内存空间。

计算机中的整数

一般来说，整数以补码的形式存储在内存中。

正数的补码等于其原码，负数的补码等于模减去其绝对值的原码

考虑到short int 占两个字节，也就是16位二进制，4位十六进制，那么可以得到：

1
2

(short int)1=0000000000000001B=0001H
(short int)2=0000000000000010B=0002H

在常用家用计算机（小端机）中，数字高位存储在高地址，低位存储在低地址，在虚拟内存中，最小操作单位是字节，也即两位16进制。因此在虚拟内存中存储情况类似：

内存内容
高地址
00H
02H
00H
01H
低地址

回到`*p3`

当*p3取数时，取出的即为上面这一串十六进制。我们按我们习惯的高位在前进行拼接，最终结果就是00020001H，即131073。除此之外，我们还需要关注格式控制符。幸运的是，这里的格式控制符是%d，在Windows平台下刚好能够兼容*p1和*p3，因此没有什么问题。于是我们能够得出最后的结果：

`1`	`1 131073`

总结

其实这是一道非常简单的关于内存分配的题目，不过涉及到比较复杂的内存分配机制问题，所以记个笔记来记录一下。

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