C 语言数组内存布局与访问方式详解

注意看输出结果，arr 和 arr[0] 的地址是一样的，而 arr[1] 的地址则比 arr[0] 高出了 12 字节（3 个 int）。这说明数据是紧密排列的，中间没有空隙。三维及更高维度的数组同理，都是按照最右边的维度变化最快，整体保持连续。

两种访问方式：下标与指针

访问数组元素主要有两种方式，它们在底层往往殊途同归。

下标访问

这是最直观的方式，利用索引直接定位。

#include <stdio.h>

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
    }
    return 0;
}

指针访问

数组名本质上是一个指向首元素的常量指针。通过指针运算，我们可以灵活地遍历数组。

#include <stdio.h>

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int *ptr = arr;
    
    // 指针加法会自动根据类型大小偏移
    printf("ptr 指向的地址：%p\n", ptr);
    printf("ptr+1 指向的地址：%p\n", ptr + 1);
    
    // 解引用获取值
    printf("ptr[0] = %d\n", ptr[0]);
    return 0;
}

这里有个细节要注意：指针加 1，地址增加的是 sizeof(int) 即 4 字节，而不是 1 字节。这体现了类型安全的重要性。

指针与数组的微妙关系

数组名退化为指针后，就失去了部分'数组'的特性。比如，数组名是常量指针，不能自增（arr++ 会报错），但它可以被赋值给普通指针变量。

另外，区分指针数组和数组指针也很关键：

• 指针数组：存的是指针，如 int *ptr_arr[2]。
• 数组指针：指向整个数组，如 int (*arr_ptr)[5]。

#include <stdio.h>

int main() {
    int arr1[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int arr2[5] = {6, 7, 8, 9, 10};
    
    // 指针数组：每个元素都是指针
    int *ptr_arr[2] = {arr1, arr2};
    printf("ptr_arr[0][0] = %d\n", ptr_arr[0][0]);
    
    // 数组指针：指向一个包含 5 个 int 的数组
    int (*arr_ptr)[5] = arr1;
    arr_ptr++; // 移动一个整行的大小
    printf("arr_ptr[0][0] = %d\n", arr_ptr[0][0]);
    
    return 0;
}

常见陷阱与注意事项

在实际开发中，数组操作最容易出问题的地方在于边界检查和资源管理。

越界访问

C 语言不会自动检查数组边界。访问 arr[5]（假设长度为 5）会导致未定义行为，可能读取到垃圾值甚至导致程序崩溃。

#include <stdio.h>

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    // 危险操作：下标 5 已超出范围
    printf("arr[5] = %d\n", arr[5]);
    return 0;
}

动态内存泄漏

使用 malloc 分配数组后，必须记得释放。否则长期运行的程序会耗尽内存。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int *arr = (int *)malloc(5 * sizeof(int));
    if (arr == NULL) return 1;
    
    arr[0] = 1;
    // ... 使用数组 ...
    
    free(arr); // 务必释放
    return 0;
}

总之，掌握数组的内存模型能让我们写出更安全、高效的代码。记住：连续存储是基础，指针运算是利器，边界检查是底线。