CPU眼里的：数组
“千万不要被数组简单的外表迷惑，它的事，比你想象的多”
01
提出问题
数组可能是最具欺骗性的数据类型。仅从语法定义上看，它非常简单；似乎用法跟普通变量相同，仅仅只有数量上的差异。但真正使用数组的时候，却完全是两回事
02
一维数组
让我们先从最简单的开始，打开Compiler Explorer，写一个最简单的对数组赋值的函数：
通过对应的汇编指令，可以很容易猜到：这个赋值过程，就是在对一段连续的内存赋值。因为 int 类型是 4 字节长度，所以，每个元素的地址间隔都是 4 个字节。
同理，如果是 char 类型的数组，每个元素的地址间隔就是 1 个字节。
所以，我们可以脑补一下数组 a 在内存中的样子，大概就是长这个样子：
看到这种连续的内存，你会想到什么？是的，又是指针。因为，只要知道数组 a 的首地址和长度；一样可以准确的定位：数组 a 所在的内存空间。
不要以为，这是阿布的一厢情愿。实际上，很多编译器就是这么干的！让我们写一个最简单的用数组变量作参数的函数；再写一个最简单的用指针变量作参数的函数：
没想到吧？它们的汇编指令竟然是一模一样的！
所以，在传递数组参数的时候，无论你的数组有多大，编译器都不会像普通变量那样，为你在“堆栈”中，构建一个相同大小的临时数组变量。
而是，简简单单的传递一个数组的内存首地址，像传递指针变量一样，把数组的内存首地址，传递给：被调函数。而对数组的读、写操作，则等价于对指针的 * 操作。
再写一个函数，作一下调用：
如你所见，这 3 种调用形式，对应的CPU指令完全一致！它们本质上完全相同，都是在传递数组的内存首地址，而非构建临时数组。
我们需要习惯这种传递指针的形式，很多知名的开源软件（操作系统、协议栈）也是这么作的。当然，为了防止越界，还会增加一个参数，表示数组的长度：
void func(int* array, int length)03
多维数组
最后是 二维、三维 数组，可能你心中的：一维、二维、三维数组长这个样子：
但很遗憾，计算机的内存条是一维的，在CPU眼里，多维数组，都是在当一维数组来处理。事实胜于雄辩，下面3个函数，分别在给一维、二维、三维数组赋值：
但显然，它们的汇编指令，完全相同！所以，无论数组是一维的还是高维的，它都是一段连续的一维内存。
04
总结
- 数组是一段连续的内存，除了常规读、写数组元素的方法；也会用指针来表示数组，并用指针的 * 操作来读、写数组元素。
- 传递数组参数，本质上是传递指针，所以，在函数内改变数组的值，也会改变函数外，数组的值。
- 高维数组本质上还是一维数组，只是索引的方式不同，应用的场景不同，特别是3D领域，用多维数组编程，会给开发者带来诸多方便。
05
热点问题
Q1：为什么经常看见把指针，当数组一样使用呢？可以认为指针和数组是等价的吗？
A1：这是一个很好的问题！在编程实践中，我们经常看见把指针当作数组使用的情况。但可以确定的是指针和数组是不等价的。
指针变量只是记录了一个内存地址。如果是32位的CPU，这个内存地址会占据4字节的内存空间，如果是64位的CPU，这个内存地址则占用8字节的内存空间。
而数组可能是多组数据，其占用的内存空间，往往不止4或8个字节。虽然指针经常变形成数组使用，但它的真实意图，还是在作地址偏移。例如下面的代码：
通过Compiler Explorer，我们可以发现：函数func1和函数func2对应的CPU指令是完全一致的。所以p[1]实质上是在作一个字节的内存地址偏移：(p + 1)，然后再对新地址，做读操作：*(p + 1)。
虽然p[1]的写法更加简洁，但同样误导性也比较强，会让开发者误以为p是一个数组。当然，不仅一维数组如此，二维数组也存在类似的问题，我们未来也会看到类似的案例。
