C5-复杂数据类型

复杂数据类型的机器级表示

数组

数组的分配和访问

• 数组存储在存储器中, 不存储在寄存器中.
• 存放地址使用基址(+比例变址(+位移)). 变址值存放在ECX中, ECX在循环体中增量.
• 数组定义在函数之外的静态区, 为一静态变量. 存放在可执行目标文件的数据段中.
• 数组定义在函数内, 为auto变量. 存放在栈中, 数组首地址用EBP定位.
• 数组存放以行优先, 按顺序存放每行的数值, 在每一行之内, 按照右到左的顺序存放数值

数组与指针

数组的目标数据类型和数组类型相同时, 指针变量可以指向数组或数组中的任意元素.

设: *ptr = &a[0]. 则*(ptr + i) = *(ptr地址 + i * (数据类型宽度) )

假设A首址SA在ECX，i 在EDX，结果在EAX, 数组类型为int

指针数组

• 若干指向同类目标的指针变量组成的数组
• 一般定义形式: 存储类型 数据类型 *指针数组名[元素个数]
• 一个指针数组可以实现一个二维数组

结构体

结构体成员在内存的存放和访问

• 分配在栈中的auto结构型变量的首地址由EBP或ESP来定位
• 分配在静态区的结构型变量首地址是一个确定的静态区地址
• 结构型变量 x 各成员首址可用“基址加偏移量”的寻址方式

对于字符类型变量在结构体中的存储. 自该char变量的开头开始存放, 字符结束后为\0, 之后一直到变量结束地址都是空字符.

联合体

联合体数据的分配和访问

联合体各成员共享同一存储空间, 按最大长度成员所需空间大小为准.

• C语言的联合体中不同字段的使用时间互斥. 可以减少存储空间占用.
• 也可以对相同01序列的数据进行不同数据类型的解释.(e.g. 对于某一int型变量, 直接将其视为unsigned型变量, 但不进行数据类型转换处理)
• 利用联合体内的嵌套定义链表结构

数据对齐

• 目前机器字长为32位或64位，主存按一个传送单位（32/64/128位）进行存取，而按字节编址，例如：若传送单位为64位，则每次最多读写64位，即：第0_{7字节同时读写，第8}15字节同时读写，……，以此类推。主存不能跨单位同时读取, 即在64位主存中, 不能同时读取7和8字节. 按边界对齐，可使读写数据位于8i~8i+7(i=0,1,2,…) 单元
• 指令系统支持对字节、半字、字及双字的运算. 数据的长度可能跨单位, 此时需要多次访存.

各种不同长度的数据存放时，有两种处理方式:

• 按边界对齐（若一个字为32位）
• 字地址：4的倍数(低两位为0)
• 半字地址：2的倍数(低位为0)
• 字节地址：任意
  不按边界对齐
• 坏处：可能会增加访存次数

对齐策略

• 按数据长度对齐
• Windows采用策略：int型地址是4的倍数，short型地址是2的倍数，double和long long型的是8的倍数，float型的是4的倍数，char不对齐
• Linux采用更宽松策略：short型是2的倍数，其他类型如int、float、double和指针等都是4的倍数
  *结构数组变量的最末可能需要插空，以使每个数组元素都按4字节边界对齐