C++中数据内存分布探索笔记

今天实验室的小洲洲问了小编一个程序的问题，代码如下：

int main(int argc, char* argv[])
{
	void *vp;
	char a = 'A';
	short int n = 97;

	vp = &a;
	cout << *(char *)vp << "  " << *(short int *)vp << endl;
	vp = &n;
	cout << *(char *)vp << "  " << *(short int *)vp << endl;
	return 0;
}

输出结果如下：



这里出现的问题就是，他尝试通过两个字节的short int类型的指针vp去读取只有一个字节的char类型的内存空间，这样就导致了vp将自动扩充去读取变量a的邻接内存空间，导致出来的结果并不是预想的65，从内存上可以有如此啊分析：

对于变量a中的字符‘A’，它对应的ASCII值为65，从内存二进制上来看，如下图：



而对于-13247而言，从内存二进制上来看，如下图：



从上面可以看到，65和-13247的低字节，也就是低八位是一样的，而这个地方正式变量a的内存空间。

但是，这样又引出了一个问题，-13247前面的高字节，也就是高八位是哪里来的呢？这里有两个猜想，或者是变量a的内存空间的高地址邻接内存空间，或者是变量a的内存空间的低地址邻接内存空间。为了验证究竟是哪个空间，小编进行了如下的测试：

struct MyShortInt
{
	char _high;
	char _low;
};

struct MyInt
{
	char _highest;

	MyShortInt _myShortInt;

	char _lowest;
};

int main(int argc, char* argv[])
{
	void *vp;
	char a = 'A';
	short int n = 97;

	vp = &a;

	MyInt myInt;
	memset(&myInt, 0, sizeof(MyInt));

	myInt._myShortInt._low = 'A';

	vp = &myInt._myShortInt._low;

	cout << *(char *)vp << "  " << *(short int *)vp << endl;
	vp = &n;
	cout << *(char *)vp << "  " << *(short int *)vp << endl;
	return 0;
}

结果如图：



在程序中，小编把myInt全部清空，然后在myInt中的中间两个字节填充了‘A’，这样一来，就相当于把short int的前后一个字节都进行了清空操作，避免了小洲洲出现的读取邻接内存空间随机数值的问题（当然，这里的邻接内存空间不一定是随机值，但至少不是我们的预期值）。我们可以发现，最后出现的值正是我们所期望的。

但是，我们仍然没有解决我们之前的问题，因为‘A’只占用一个字节，而该字节的前后邻接字节都是0，我们无从得知，vp指针最后扩充读取的是邻接的低地址字节还是高地址字节。基于这个思路，我们对程序加以改进：

struct MyShortInt
{
	char _high;
	char _low;
};

struct MyInt
{
	char _highest;

	MyShortInt _myShortInt;

	char _lowest;
};

int main(int argc, char* argv[])
{
	void *vp;
	char a = 'A';
	short int n = 97;

	vp = &a;

	MyInt myInt;
	memset(&myInt, 0, sizeof(MyInt));

	myInt._myShortInt._low = 'A';
       <span style="color:#ff0000;"> myInt._myShortInt._high = 1;</span>

	vp = &myInt._myShortInt._low;

	cout << *(char *)vp << "  " << *(short int *)vp << endl;
	vp = &n;
	cout << *(char *)vp << "  " << *(short int *)vp << endl;
	return 0;
}

结果如下：



我们发现，我们对myInt中间的两个字节中的高字节（在内存中其实是低地址字节）进行了填充之后，程序运行的结果并没有受影响，表明了，邻接低地址字节并没有参与vp指针的扩中读取，为了验证我们的想法，我们对程序进行了进一步的修改：

struct MyShortInt
{
	char _high;
	char _low;
};

struct MyInt
{
	char _highest;

	MyShortInt _myShortInt;

	char _lowest;
};

int main(int argc, char* argv[])
{
	void *vp;
	char a = 'A';
	short int n = 97;

	vp = &a;

	MyInt myInt;
	memset(&myInt, 0, sizeof(MyInt));

	myInt._myShortInt._low = 'A';
        <span style="color:#ff0000;">myInt._lowest = 1;</span>

	vp = &myInt._myShortInt._low;

	cout << *(char *)vp << "  " << *(short int *)vp << endl;
	vp = &n;
	cout << *(char *)vp << "  " << *(short int *)vp << endl;
	return 0;
}

运行结果如下：



我们发现，最后的结果发生了变化，而这个变化和我们预期的是一样的，为了进一步验证小编想法的正确性，我们可以从内存进行分析：



从图上，我们可以发现，低字节，也就是低八位的值就是前面看到的65，也就是‘A’，而高八位（这里是高地址字节）正是小编刚才在代码中所设置的1。

通过以上的分析，这里小编还需要补充一个地方，可能细心的你会发现，在进行内存分析的时候，321的高字节到了程序代码中怎么又变成了低字节了呢？

其实，这里有个地方需要注意，在计算机内存中有两种内存分配方式，一种是高字节的数放在高地址，低字节的数放在低地址，还有一种则是相反，高字节的数放在低地址，低字节的数放在高地址，而小编在进行测试的时候碰到的则是第一种情况。

至此，小编简单完成了对内存数据空间分配的简单探索。

共勉之。