阵列内存布局

Question

在尝试了一些不同的数组类型之后，我确定每个元素都需要 2 位“填充”。例如，如果数组的数据类型是 .int(32bits 或 2^5)，那么总共有 4 个内存位置（总共 2^7 位）专用于数组的每个元素。另一个例子是如果数据类型是 .short(16 bits or 2^4) 那么数组的每个元素包含 64bits(2^6)

这是一个例子。

.data
IntArray:
.int 10, 20, 30, 40, 50

(gdb) info variables
0x080490a4 IntArray

(gdb) x/1wt 0x080490a4
0x80490a4 : 00000000000000000000000000001010
(gdb) x/1wt 0x080490a5
0x80490a5 : 00010100000000000000000000000000
(gdb) x/1wt 0x080490a6
0x80490a6 : 00000000000101000000000000000000
(gdb) x/1wt 0x080490a7
0x80490a7 : 00000000000000000001010000000000
(gdb) x/1wt 0x080490a8
0x80490a8 : 00000000000000000000000000010100

很明显，内存位置0x080490a4 包含数组的第一个元素（值10）。很明显，内存位置0x080490a8 包含数组的第二个元素。

我的问题涉及0x080490a5、0x080490a6、0x080490a7 的内容。这些内存位置的意义是什么？我是否忽略了有关数组如何运作的一些细节？

Answer 1

每个数组元素的大小与数组中元素的数量无关。它仅由存储在数组中的数据类型决定。如果您有int[]，则每个数组元素将与int 一样大。另一方面，int 的大小取决于操作系统和硬件平台ABI，在您可能遇到的大多数计算机系统上它将是 32 位。

要计算每个数组的大小，您必须将每个元素的大小乘以元素的数量。因此，对于您的int a[4] 示例：

size = sizeof(int) * 4 = 32 * 4 bits = 2 ^ 5 * 2 ^ 2 bits = 2 ^ 7 bits = 128 bits = 16 bytes

数组的大小，而不是每个单独元素的大小。

现在，x/1wt GDB 命令显示了存储在提供的地址中的单词 的内容。只要地址指向一个数组元素，您就应该看到它的内容。但是当您从一个元素转到下一个元素时，您需要添加每个元素中的字节数，而不是将位置移动一个字节。在你的情况下：

• 0x080490a4是第一个数组元素的地址
• 0x080490a8是第二个数组元素的地址
• 0x080490a5、0x080490a6 和 0x080490a7 都是非对齐的（即它们不是字大小的倍数）地址，每个地址指向 4 个字节。在这 4 个字节中，一些属于第一个元素，一些属于第二个元素。

由于 x86 CPU 是 little-endian，最低位在前，这两个元素在物理内存中的布局将是：

0x080490a4: 00001010 00000000 00000000 00000000
0x080490a8: 00010100 00000000 00000000 00000000

通过将地址增加一个字节，您的计算机会看到：

0x080490a5: 00000000 00000000 00000000 00010100
0x080490a9: 00000000 00000000 00000000 ...

即0x080490a5 中存储的值有：

• 作为它的三个最低有效字节，第一个数组元素的三个最高有效字节

• 第二个数组元素的第一个字节（即最低有效字节）作为其最高有效字节

由于 x86 是 little-endian 并且 GDB 会重新排列它显示的字节，以便首先显示 MSB，因此您会得到：

0x80490a5: 00010100 00000000 00000000 00000000