练习8：大小和数组

原文：Exercise 8: Sizes And Arrays

译者：飞龙

在上一个练习中你做了一些算术运算，并且使用了'\0'（空）字符。这对于其它语言来说非常奇怪，因为它们把“字符串”和“字节数组”看做不同的东西。但是C中的字符串就是字节数组，并且只有不同的打印函数才知道它们的不同。

在我真正解释其重要性之前，我先要介绍一些概念：sizeof和数组。下面是我们将要讨论的一段代码：

  1. #include <stdio.h>
  3. int main(int argc, char *argv[])
  4. {
  5.     int areas[] = {10, 12, 13, 14, 20};
  6.     char name[] = "Zed";
  7.     char full_name[] = {
  8.         'Z', 'e', 'd',
  9.          ' ', 'A', '.', ' ',
  10.          'S', 'h', 'a', 'w', '\0'
  11.     };
  13.     // WARNING: On some systems you may have to change the
  14.     // %ld in this code to a %u since it will use unsigned ints
  15.     printf("The size of an int: %ld\n", sizeof(int));
  16.     printf("The size of areas (int[]): %ld\n",
  17.             sizeof(areas));
  18.     printf("The number of ints in areas: %ld\n",
  19.             sizeof(areas) / sizeof(int));
  20.     printf("The first area is %d, the 2nd %d.\n",
  21.             areas[0], areas[1]);
  23.     printf("The size of a char: %ld\n", sizeof(char));
  24.     printf("The size of name (char[]): %ld\n",
  25.             sizeof(name));
  26.     printf("The number of chars: %ld\n",
  27.             sizeof(name) / sizeof(char));
  29.     printf("The size of full_name (char[]): %ld\n",
  30.             sizeof(full_name));
  31.     printf("The number of chars: %ld\n",
  32.             sizeof(full_name) / sizeof(char));
  34.     printf("name=\"%s\" and full_name=\"%s\"\n",
  35.             name, full_name);
  37.     return 0;
  38. }

这段代码中我们创建了一些不同数据类型的数组。由于数组是C语言工作机制的核心，有大量的方法可以用来创建数组。我们暂且使用type name[] = {initializer};语法，之后我们会深入研究。这个语法的意思是，“我想要那个类型的数组并且初始化为{..}”。C语言看到它时，会做这些事情：

  • 查看它的类型，以第一个数组为例，它是int。
  • 查看[]，看到了没有提供长度。
  • 查看初始化表达式{10, 12, 13, 14, 20}，并且了解你想在数组中存放这5个整数。
  • 在电脑中开辟出一块空间，可以依次存放这5个整数。
  • 将数组命名为areas，也就是你想要的名字，并且在当前位置给元素赋值。

在areas的例子中，我们创建了一个含有5个整数的数组来存放那些数字。当它看到char name[] = "Zed";时，它会执行相同的步骤。我们先假设它创建了一个含有3个字符的数组，并且把字符赋值给name。我们创建的最后一个数组是full_name，但是我们用了一个比较麻烦的语法，每次用一个字符将其拼写出来。对C来说，name和full_name的方法都可以创建字符数组。

在文件的剩余部分，我们使用了sizeof关键字来问C语言这些东西占多少个字节。C语言无非是内存块的大小和地址以及在上面执行的操作。它向你提供了sizeof便于你理解它们，所以你在使用一个东西之前可以先询问它占多少空间。

这是比较麻烦的地方，所以我们先运行它，之后再解释。

你会看到什么

  1. $ make ex8
  2. cc -Wall -g    ex8.c   -o ex8
  3. $ ./ex8
  4. The size of an int: 4
  5. The size of areas (int[]): 20
  6. The number of ints in areas: 5
  7. The first area is 10, the 2nd 12.
  8. The size of a char: 1
  9. The size of name (char[]): 4
  10. The number of chars: 4
  11. The size of full_name (char[]): 12
  12. The number of chars: 12
  13. name="Zed" and full_name="Zed A. Shaw"
  14. $

现在你可以看到这些不同printf调用的输出，并且瞥见C语言是如何工作的。你的输出实际上可能会跟我的完全不同，因为你电脑上的整数大小可能会不一样。下面我会过一遍我的输出：

译者注：16位机器上的int是16位的，不过现在16位机很少见了吧。

　　5

　　我的电脑认为int的大小是4个字节。你的电脑上根据位数不同可能会使用不同的大小。

　　6

　　areas中含有5个整数，所以我的电脑自然就需要20个字节来储存它。

　　7

　　如果我们把areas的大小与int的大小相除，我们就会得到元素数量为5。这也符合我们在初始化语句中所写的东西。

　　8

　　接着我们访问了数组，读出areas[0]和areas[1]，这也意味着C语言的数组下标是0开头的，像Python和Ruby一样。

　　9~11

　　我们对name数组执行同样的操作，但是注意到数组的大小有些奇怪，它占4个字节，但是我们用了三个字符来打出”Zed”。那么第四个字符是哪儿来的呢？

　　12~13

　　我们对full_name数组执行了相同的操作，但它是正常的。

　　13

　　最后我们打印出name和full_name，根据printf证明它们实际上就是“字符串”。

确保你理解了上面这些东西，并且知道这些输出对应哪些创建的变量。后面我们会在它的基础上探索更多关于数组和存储空间的事情。

如何使它崩溃

使这个程序崩溃非常容易，只需要尝试下面这些事情：

  • 将full_name最后的'\0'去掉，并重新运行它，在valgrind下再运行一遍。现在将full_name的定义从main函数中移到它的上面，尝试在Valgrind下运行它来看看是否能得到一些新的错误。有些情况下，你会足够幸运，不会得到任何错误。
  • 将areas[0]改为areas[10]并打印，来看看Valgrind会输出什么。
  • 尝试上述操作的不同变式，也对name和full_name执行一遍。

附加题

  • 尝试使用areas[0] = 100;以及相似的操作对areas的元素赋值。
  • 尝试对name和full_name的元素赋值。
  • 尝试将areas的一个元素赋值为name中的字符。
  • 上网搜索在不同的CPU上整数所占的不同大小。