上次说了静态数组可变长，今天知道原理了

Posted 2021-07-03 cpp加油站

之前发了一篇文章，讲c99变长数组的，链接如下：

多年老c++程序员在静态数组这里翻船了

发出去以后有了挺多的反馈，因为这并不是一个很难的知识点，所以如果接触过的自然而然是知道，但还真有挺多人表示不知道和不相信这个事，同时我上次也只是简单的说了一下这个事，没有去讲解这个变长静态数组的实现原理，今天补上。

先看一下思维导图：

1. 变长数组是长度一直可以变的吗

变长数组，那么是长度一直可以变的吗，到底什么时候这个长度会确定下来呢？

我们先看一下代码，如下：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int size = 1000;
	cout << "please input a number:";
	cin >> size;
	int arr[size];
	cout << "please input a number too:";
	cin >> size;
	cout << "arr's size is " << sizeof(arr)/sizeof(arr[0]) << endl;

	return 0;
}

假设我们第一次输入100，第二次输入10000，那么最后一个cout到底输出多少呢，答案是100。

这里的所谓变长数组，实际上指的是可以使用变量来作为数组的元素个数，在还未运行到声明数组的地方时，还可以通过改变变量的值来修改数组的元素个数，但是等到运行到数组声明的地方后，这个数组的大小就确定了，后续就不能再改变了，所以所谓的变长也只是相对于运行到这个数组声明的地方而言。

2. 变长数组是分配在堆上吗

当然不是，注意这里概念不要搞混淆了，变长数组不是动态数组，虽然是到运行时才确定大小，但说到底它还是局部变量，而局部变量，又没有动态申请内存的动作，当然也只会在栈上分配内存。

关于这一点我们可以结合gdb和寄存器地址来看一下，我的机器是x86架构，那么栈的内存分配方式就应该是从高地址往低地址分配，如果学过汇编的会知道，gcc编译的时候不添加-O1或者-O2这样的选项，那么栈底指针地址会保存在寄存器rbp中，而栈顶指针则会保存在rsp寄存器中，如果地址是在rsp和rbp之间的，那就可以肯定这段内存是保存在栈中了。

还是这段代码：

//test.cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int size = 1000;
	cout << "please input a number:";
	cin >> size;
	int arr[size];

	return 0;
}

使用g++ -g test.cpp(注意这里千万不能加优化选项)编译后，gdb ./a.out看一下：

(gdb) b main #打断点
Breakpoint 1 at 0x4007fd: file test.cpp, line 11.
(gdb) r
Starting program: /root/a.out 

Breakpoint 1, main () at test.cpp:11
11		return 0;
(gdb) n
6		int size = 1000;
(gdb) 
7		cout << "please input a number:";
(gdb) 
8		cin >> size;
(gdb) 
please input a number:10000
9		int arr[size];
(gdb) p $rbp  #打出基址寄存器的值
$1 = (void *) 0x7fffffffe840
(gdb) n
11		return 0;
(gdb) p &arr[0]
$3 = (int *) 0x7fffffff4ba0
(gdb) p $rsp  #打出栈顶指针的值
$4 = (void *) 0x7fffffff4ba0
(gdb) 

可以看到，arr数组的首地址是在(rsp, rbp)这个范围之间的，所以运行时的变长数组也是保存在栈中的，既然是在栈中，那么这段内存在这个变量作用域结束以后就会被释放掉。

3. 变长数组与alloca函数

同时这次也是涨知识了，我才知道c标准库中有个alloca函数，它的用法类似malloc，但内存因为是在栈上申请的，也是不需要手动释放的，这么一看，这个函数的原理和变长数组其实是一样的，都可以使用运行时才确定大小的变量值来申请栈空间，并且不需要手动释放。

知道以后，我也很好奇，所以还专门去研究了下这两者的汇编指令是不是一样，先看下c++代码：

#include <iostream>
#include <alloca.h>
using namespace std;

int main()
{
	int size = 1000;
	cout << "please input a number:";
	cin >> size;
	int arr[size];
	int *p = (int*)alloca(size);

	return 0;
}

然后通过gdb，我分别打印出来int arr[size]和int *p = (int*)alloca(size)这两行代码所对应的汇编指令，做了一个对比，如图：

可以看得出来变长数组是在一开始先做了一些其他的动作，然后后面的指令跟alloca的指令基本就是一样的了，也就是说最终他两的实现是比较类似的。

4. 变长数组使用注意点

基于变长数组的特点，它其实相当于一个变相版的动态申请内存，只是不需要堆而言，而这种场景多应用于小型机里面，比如很多嵌入式环境，因为资源有限，是没有堆内存的，那如果又需要动态改变数组大小怎么办，就可以使用变长数组，但这时也需要限定一下大小，不然很容易就会造成栈溢出。

好了，本篇文章就为大家介绍到这里，觉得内容对你有用的话，记得顺手点个在看哦~