数组如何在 C++ 的内存中存储字符串？

Posted 2023-02-22

【中文标题】数组如何在 C++ 的内存中存储字符串？

【英文标题】：How do arrays store strings in memory for C++?

【发布时间】：2021-05-08 09:03:04

【问题描述】：

要访问数组中的任何随机索引，我们访问以下内存位置：

a[i] = 基地址 + (data_type 的大小) * i

这就是数组只有相同类型数据的原因。

现在，当我们使用 int、char 等原始数据类型时，这可以正常工作。

但是，假设我有一个字符串数组，其中每个字符串的大小不同：

string a[] = "xyz", "abcde", "qwerty"

这在内存中是如何工作的？由于每个字符串占用不同的内存，这在内部如何工作？

编辑：

得到了字符串的答案。字符串在内部具有恒定的大小，因此可以解决。

假设向量数组会发生什么：

vector<int> v[5];

它们内部是否也有一个恒定的大小？

【问题讨论】：

作为std::string 实例？！？我不明白你的问题？如果要确定字符串大小，就得用std::string::size()，sizeof(std::string)是常数。

@Varum 我会说字符串内存布局取决于实现，但您通常应该有 15 个字节（对于短字符串实现）加上一个指针（对于更大的字符串）。所以一个 std::string 数组将是一个固定大小、连续的字符串数组（在我的示例中，每个 15 个字节加上指针的大小，通常是 4 个字节）。

【参考方案1】：

我想说字符串内存布局取决于实现，但通常应该有 15 个字节（对于短字符串实现）加上一个指针（对于更大的字符串）。所以std::string 的数组将是一个固定大小、连续的字符串数组（在我的示例中，每个 15 字节加上指针的大小，通常为 4 字节）

你可以做这个简单的测试：打印数组中每个字符串的地址，然后打印每个字符串中第一个字符的地址。

#include <iostream>
#include <string>

int main()

    std::string a[] = 
        "Hey",
        "There",
        "The quick fox jumped over the brown dog",
        "Bye!"
    ;
    std::cout << a << "\n";
    for (const auto& str : a)
    
        std::cout << &str << "\n";
        const int* ptr_to_first_char = reinterpret_cast<const int*>(&(str[0]));
        std::cout << "\t" << ptr_to_first_char << "\n";
    

gcc 的结果：

0x7ffc46eef050
    0x7ffc46eef060
0x7ffc46eef070
    0x7ffc46eef080
0x7ffc46eef090
    0x13e8eb0
0x7ffc46eef0b0
    0x7ffc46eef0c0

您看到实际上为每个字符串保留了 16 个字节。例如。在 ...f060，“嘿”中的“H”的地址和 ...f070，std::string("There") 的地址之间。 您会看到其他 16 个字节也被保留，可能用于指向堆的指针，以防字符串大于 16 个字节。例如。在 ...f070 和 ...f080 之间。 所有 0x7ffc... 地址都应指向堆栈，0x13e8... 地址应指向堆。

https://godbolt.org/z/4zK3c66Mx

【讨论】：

当我有向量数组而不是字符串数组时会发生什么？向量是存储在数组位置还是对该向量的引用？ （基本上想知道一般的对象数组）

@Kancha 思路类似。 std::vector 将被实现为具有给定布局的数据结构（例如，指向第一个成员的指针、大小等）。该数据结构将存储在数组位置。然后，对于每个向量，其元素将连续存储在其他地方。如果您查看另一个在线示例godbolt.org/z/b9WanYa87，您会看到向量连续存储在堆栈中，从数组地址开始，大小为 24 字节。但是，它们的元素在堆中，并且也是连续存储的。

很有意义。因此，总而言之，对于对象数组，每个对象的信息将存在于数组位置，对象的元素将存储在其他地方。谢谢！

没有。对象数组将每个对象存储在数组位置。碰巧std::strings 和std::vectors 是带有指向堆指针的对象，因此长字符串和向量元素存储在堆中。但并非所有对象都将信息存储在堆中：检查godbolt.org/z/1334aTs8Y，其中每个对象都是一个具有两个整数的结构，而数组最后是一个整数序列。