每次访问数组时，C 都会复制元素吗？

Posted 2023-02-17

【中文标题】每次访问数组时，C 都会复制元素吗？

【英文标题】：Does C copy the element every time you access an array?

【发布时间】：2017-07-23 10:07:25

【问题描述】：

与 C++ 不同，C 不能返回引用。这是否意味着如果您访问A[i]，它将在评估表达式时复制元素？

例如，如果A 是一个由 10 个ints 组成的数组，那么A[5]+=1; 是否只增加在评估A[5] 时构建的临时副本，这与 C++ 的向量不同，它会增加实际的第六个元素本身？

【问题讨论】：

A[5] 直接取消引用数组元素，不涉及临时副本。

A[5] += 1 递增数组A 的第一个从零开始的元素。如果它不这样做，则编译器有一个错误。不清楚你在问什么。

A[5]+=1 与 A[5] = A[5] + 1 相同，优化编译器将尽可能少地复制，如果有的话，机器语言可以表达。

确保您了解a = 3; 不读取a ... 数组成员访问没有什么不同

【参考方案1】：

C 有一个称为“左值”的概念，它有点像引用。它不是类型（不是类型系统的一部分），但某些 C 表达式是“左值”，并且只有这样的表达式可以是赋值（包括操作赋值）或递增/递减的左操作数。

由于 C 没有运算符重载，因此无需在类型系统中进行区分，因为永远不需要将事物声明为右值与左值。正是在 C++ 中添加运算符重载的愿望导致引入了引用类型，以使重载运算符清楚地区分右值/左值。

【参考方案2】：

如果是这样，您将根本无法修改数组，表达式 A[5]+=1; 将无效！

相反，当您将标量参数传递给函数时，它的行为就像一个副本，因为它在返回时不会被修改。但是实际上作为指针传递的数组不会被复制（这将是难以承受的代价）并且在返回时可能会有所不同。

【参考方案3】：

A[5]+=1;仅在评估 A[5] 时增加构建的临时副本

没有。 A[5]+=1; 将导致 A 的第 6 个元素增加 1。

这很可能通过将A[5] 复制到 CPU 中的寄存器中，将其递增并将值复制回来来实现。

这是一个程序：

int main()
    int A[10];
    A[5]+=1;
    return 0;

这是 gcc 为A[5]+=1; 生成的 x86-64 汇编程序

    mov     eax, DWORD PTR [rbp-28]
    add     eax, 1
    mov     DWORD PTR [rbp-28], eax

这会将DWORD PTR [rbp-28] 移动到 32 位 EAX 累加器中，将其加 1 并将其移回同一位置。

DWORD PTR [rbp-28] 通过其相对于堆栈帧（rbp）的位置（结束）来标识A 的第 6 个元素。

关于引用的观点是红鲱鱼。 C 和 C++ 都编译为机器代码（可能通过汇编程序）。这些语言还有哪些其他功能不会影响 A[5]+=1; 的解释或编译方式。

【参考方案4】：

当从带有A[i] 的数组中读取 时，C 总是复制一个元素，也就是说，当表达式A[i] 是一个“右值”时。然而，在考虑 writes 时，C 有一个“左值”表达式的概念，它本质上是表达式语法的一个受限子集，可以作为赋值的目标出现：

X    = Y
*X   = Y
X[i] = Y
X.n  = Y

在这些情况下，“表达式”*X、X[i] 和 X.n 实际上并不计算为值——为方便起见，它们具有与表达式相同的语法，但不一样的语义。您可以将这些视为更像以下内容：

memcpy(&X,    &Y, sizeof(Y));
memcpy(&*X,   &Y, sizeof(Y));
memcpy(&X[i], &Y, sizeof(Y));
memcpy(&X.n,  &Y, sizeof(Y));

或者，或者，将C视为具有多个不同的赋值运算符：

_    = _  // direct assignment
*_   = _  // indirect assignment
_[_] = _  // special case of indirect assignment
_._  = _  // special case of indirect assignment

无论哪种方式，A[5] += 1 之类的赋值都会增加 A 的第六个元素的值，正如您所期望的那样，您可以像这样验证：

int A[1] =  1 ;
A[0] += 5;
printf("%d\n", A[0]);  // 6

【参考方案5】：

不，i 数组索引只是一个指针，因此只传递一个位置而不是整个数组，并且实际内存位置的值会受到影响。

试试下面的代码：

#include<stdio.h>
void function(int[]);
int main()

    int a[] = 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;
    int i;
    for(i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d, ",a[i]);    
    function(a);
    printf("\n");
    for(i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d, ",a[i]);
    return 0;


void function(int b[])

    int i;
    for(i = 0; i < 10; i++)
        b[i] *= 10;

OUTPUT