C 中的堆栈与堆指针答案

【问题标题】：Stack vs. heap pointers in CC 中的堆栈与堆指针
【发布时间】：2017-01-25 21:00:15
【问题描述】：

我目前正在学习 C，但我对内存布局和指针感到困惑。

在下面的代码中，我的理解是数组是在栈上分配的。

#include <stdio.h>

int main () {
   int x[4];
   x[0] = 3; x[1] = 2; x[2] = 1;
   printf("%p\n",x);
   printf("%p\n", &x);
}

我的问题是，为什么两个打印调用输出相同的值？

我尝试了类似的使用 malloc 的 sn-p（在堆上分配），但值不同。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main () {
   int *x = malloc(sizeof(int) * 4);
   x[0] = 3; x[1] = 2; x[2] = 1;
   printf("%p\n",x);
   printf("%p\n", &x);
}

【问题讨论】：

How come an array's address is equal to its value in C?的可能重复
C 不需要为自动变量使用堆栈。那是特定于实现的。而且数组不是指针。
@Olaf 它是特定于实现的，因为所有实现都专门在堆栈上分配；-)。
@PeterA.Schneider：有一些像 PIC 这样的嵌入式 CPU 没有硬件堆栈。并且有一些实现，例如HC08 允许出于性能原因静态分配自动变量。优化的 ABI 可能会在寄存器中传递数组并复制回来。一个实现可以做很多事情，并且认为太多是理所当然的编写代码的好方法，它会破坏好的编译器。世界比我们想象的要大...关于获取数组的地址：试试register int a[10];。
@joop 当然：我知道，但从未说过。该标准实际上不包含“堆栈”一词。但当然，人类已知的所有实现都提供一个。请注意，您正在进入关于堆栈的本体论讨论：什么是堆栈？我并不是说堆栈具有寄存器 ESP，或 any 类型的硬件支持，或某种内存布局。也许我们需要一个堆栈图灵测试：如果它的行为像一个堆栈，它就是一个堆栈，但是它是如何实现的？您所描述的只是一个复杂的堆栈实现，因此不太可能使用更简单的堆栈实现。

标签： c pointers malloc heap-memory stack-memory

【解决方案1】：

原因是，与您可能被教导的不同，数组不是指针。在某些情况下，C 中的数组衰减为指针¹。当您将数组传递给函数时，它会衰减为指向第一个元素的指针。该元素的地址与整个数组的地址相同（地址始终指向对象的第一个字节）。

你从malloc 得到的不是一个数组，而是一块内存的地址。您将地址分配给指针。但是指针和块是独立的实体。所以打印指针的值，而不是它的地址，会产生不同的结果。

(1) Decay 是一种隐式类型转换的花哨术语。当数组表达式用在大多数的地方时（例如作为参数传递给需要指针的函数），它会自动变成指向其第一个元素的指针。 “衰减”是因为您丢失了类型信息，即数组大小。

【讨论】：

您能否详细说明“衰减为指针”的含义？我以前从未听说过这种行为。
其实转换与作为参数传递无关，而是使用数组的表达式：port70.net/~nsz/c/c11/n1570.html#6.3.2.1p3
@Olaf - 谢谢。修改为更符合标准。

【解决方案2】：

您的两个打印调用打印相同的值，因为一个尝试打印数组，该数组衰减为指向数组的指针，另一个打印数组的地址。指向数组的指针包含数组的地址，因此它们的值相同。

在第二种情况下，一个打印x的值，另一个打印x的地址。由于x 是指向您分配的内存块的指针，因此它们必须是不同的值。

所以在第一种情况下，您所拥有的只是一个数组 (x)。在第二种情况下，您有一个分配的内存块（未命名）和一个指向该分配块的指针（x）。

【讨论】：

更正：在大多数情况下，arra 的名称衰减为指针指向第一个元素（而不是数组）。
我认为说名称衰减是一种误导。指向数组的指针和指向数组第一个元素的指针之间没有 value 区别。数组将所有对象保存在连续的内存中。但是有一个含义的区别，这里我要的是指向整个数组的含义。
好吧，数组本身不会衰减。实际上，按照标准，转换的是“类型数组”的表达式。并且该标准不允许对不同类型使用不同的表示形式（它们不需要比较相等）。类型与值一起始终是表达式的一部分。您再次混淆了标准和实现细节。虽然它们与问题相关，但指出这些差异是个好主意。过度简化和混搭在一起并不能真正帮助初学者。

【解决方案3】：

确实可以获取整个数组的地址，这可能令人惊讶，部分原因是不需要经常这样做。数组在某种意义上是一个单一的对象，它有一个地址，也就是它的第一个字节的地址。与所有对象一样，地址是通过地址运算符& 获得的。

数组的第一个元素（就像它的所有元素一样）也有一个地址，它是它的第一个字节的地址。指向其第一个元素的指针是数组类型在作为参数传递给函数时“调整”的对象。

这两个字节是相同的，并且具有相同的地址。但是它们有不同的类型，如果你给它们加上 1 并再次打印它们，就会变得很明显。

相比之下，指针y 是它自己的不同对象（大小可能为 4 或 8 个字节；足以在其中存储地址）。像任何对象一样，它有一个可以使用& 运算符获得的地址。也许令人困惑的是，它还包含一个地址，在本例中是数组第一个字节的地址。两者当然不相等：指针对象与数组位于不同的位置（即在堆栈上紧挨着它，即使 Olaf 不喜欢那样）。

小提示：您使用%p 打印指针，这很好。如果你这样做，你应该严格地说将你打印的指针转换为 void 指针：printf("%p\n", (void *)x);。

【讨论】：