开始

下面提到的变量均是在 main 函数中申请的变量。

文中代码

1. 二维数组

首先讨论二维数组, 他在内存中的布局是最简单的, 考虑如下变量

char str[][5] = {
  "jiao",
  "_shi",
  "_jie",
};

可以通过如下代码打印各个部分的地址

printf("str addr: %p\n\n", &str);
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
  printf("str[%d] addr: %p\t", i, &str[i]);
}
printf("\n\n");
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
  for (int j = 0; j < 5; j++)
  {
    printf("str[%d][%d] addr: %p\n", i, j, &str[i][j]);
  }
  printf("\n");
}

可以看到地址从str[0][0]开始到结束是从低到高连续的。因为是在main函数中申请的 这个二维数组，因此它被存储在栈空间中(栈空间地址是高地址到低地址走的)，存储布局 大致如下：

da_p2p_pa_01

2. 指针的指针

使用如下代码申请指针的指针的空间:

char **d_ptr = (char **)malloc(sizeof(char *) * 3);
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
  d_ptr[i] = (char *)malloc(sizeof(char) * 5);
}

memcpy(d_ptr[0], "jiao", 5);
memcpy(d_ptr[1], "_shi", 5);
memcpy(d_ptr[2], "_jie", 5);

使用如下代码输出各个部分的地址:

printf("d_ptr addr: %p\n\n", &d_ptr);
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
  printf("d_ptr[%d] addr: %p\n", i, &d_ptr[i]);
}
printf("\n\n");
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
  for (int j = 0; j < 5; j++)
  {
    printf("d_ptr[%d][%d] addr: %p\n", i, j, &d_ptr[i][j]);
  }
  printf("\n");
}

可以看到只有d_ptr的地址是在栈空间中的, 其余部分均是在堆空间中.

因此指针的指针的内存布局如下:

da_p2p_pa_02

3. 指针数组

对于指针数组情况比较复杂，首先需要清楚一个C程序在内存中的布局，大致布局可以参考下图

da_p2p_pa_03

同时考虑以下简单的代码

char *str1 = "hello";
char str2[] = "hello";

其中 "hello" 被称作 string literal，根据 C 标准的规定其会被放到一个静态的 存储空间中，而 gcc 会将其放到 .rodata 段中，这个段没有出现在上方的图中但也是 Static Memory Layout 中的一部分, 而且该区域的数据是不可以修改的。

In translation phase 7, a byte or code of value zero is appended to each multibyte character sequence that results from a string literal or literals. The multibyte character sequence is then used to initialize an array of static storage duration and length just sufficient to contain the sequence. (C99 [6.4.5])

str1 被声明为一个指针，因此 str1 当中会存储一个地址而这个地址就是指向 "hello"。 因此 str1 实际指向了一个不允许被修改的地址(比如 str1[0] = 'H')，当尝试修改 该位置的地址是为发生 Segment Falut Error。

而当对 str2 做同样的事情时(str2[0] = 'H')，却有不同的结果，你会发现修改成功了。 这是因为 str2 被声明为了一个数组，它的数据应该被放置在栈空间。当程序每次执行时， 都会将 .rodata 中的内容，复制到栈空间中，因此你修改它没有任何问题。

而向下面一样申请的 str 是一个指针数组，它是一个数组然后每个元素都是一个指针， 如果要声明数组指针要 char (*str)[N] 这样 str 就是一个指向数组大小为 N 的 数据的指针。

基于上面的讨论我们可以知道"jiao"，"_shi" 和 _jie，都是在 .rodata 中的，而 str 又是一个指针数组，因此 str[0]，str[1] 和 str[2] 都是指向 了 .rodata 中的 string literal。

char *str[] = {
  "jiao",
  "_shi",
  "_jie",
};

通过如下代码打印各个部分的地址:

printf("str addr: %p\n\n", &str);
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
  printf("str[%d] addr: %p\n", i, &str[i]);
}
printf("\n\n");
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
  for (int j = 0; j < 5; j++)
  {
    printf("str[%d][%d] addr: %p\n", i, j, &str[i][j]);
  }
  printf("\n");
}

可以看到 str[0]，str[1]，str[2] 地址空间连续(偏移了一个指针的大小), 但是和 str[0][0] 地址相差很多，而 str[0][0]，str[0][1] 到 str[2][4] 地址空间都是连续的.

因此指针数组的内存布局如下:

da_p2p_pa_04

读到这里，可以在返回去思考一下最开始提到的二维数组的内存布局，是不是会有不一样的想法。