1.1 嵌套的數組

當我們創建數組的數組時，數組分配和引用的一般原則也是成立的。

例如，聲明 int A[5][3];

等價于下面的聲明

typedef int row3_t[3];

row3_t A[5]

要訪問多維數組的元素，編譯器會以數組起始為基地址， (可能需要經過伸縮的）偏移量為索引，產生計算期望的元素的偏移量，然后使用某種 MOV指令。通常來說，對于一個 聲明如下的數組：

T D[R][C];

它的數組元素D[i][j]的內存地址為

&D[i][j]= Xd?+L(C*i+ j)

這里L是數據類型T以字節為單位的大小。

1.2定長數組

C語言編譯器能夠優化定長多維數組上的操作代碼。這里我們展示優化等級設置為 -01時GCC采用的一些優化。假設我們用如下方式將數據類型fixjnatrix聲明為 16X16 的整型數組：

#define N 16;

typedef int fix_matrix[N][N];

這樣做的好處是，如果需要修改這個值只需要簡單的修改這個# define聲明就可以了。

1.3?變長數組

歷史上，C語言只支持大小在編譯時就能確定的多維數組（對第一維可能有些例外）。 程序員需要變長數組時不得不用malloc或calloc這樣的函數為這些數組分配存儲空間，而且不得不顯式地編碼，用行優先索引將多維數組映射到一維數組，ISO C99引入了一種功能，允許數組的維度是表達式，在數組被分配的時候才計算出來。

在變長數組的C版本中，我們可以將一個數組聲明如下：

int? A[expr1]?[expr2];

它可以作為一個局部變量，也可以作為一個函數的參數，然后在遇到這個聲明的時候，通過對表達式和求值來確定數組的維度。

因此，例如要訪問 n *n 數組的元素 I ,j，我們可以寫一個如下的函數：

int var_ele(long n, int A[n][n], long i, long j){

return A[i][j]; }

參數n必須在參數A[n][n]之前，這樣函數就可以在遇到這個數組的時候計算出數組的維度。

GCC為這個引用函數產生的代碼如下所示：

int var_ele(long n, int A[n][n], long i, long j)

n in %rdi,?A in %rsi,?i in %rdx, j in %rcx

1??var_ele:

2? imulq %rdx, %rdi

3??leaq (%rsi,%rdi*4), %rax

4??movl?(%rax,%rcx,4), %eax

5??ret

這 個地址的計算類似于定長數組的地址計算，不同點在于

1)由于增加了參數 n, 寄存器的使用變化了；

2)用了乘法指令來計算n?* i(第2行），而不是用leaq指令來計算3i?。因此引用變長數組只需要對定長數組做一點兒概括。

動態的版本必須用乘法指令對 i 伸縮n倍，而不能用一系列的移位和加法。在一些處理器中，乘法會招致嚴重的性能處 罰，但是在這種情況中無可避免。

2.1異質的數據結構

C語言提供了兩種將不同類型的對象組合到一起創建數據類型的機制：結構（structure)，用關鍵字 struct 來聲明，將多個對象集合到一個單位中；聯合（union)，用關鍵 字union 來聲明，允許用幾種不同的類型來引用一個對象

2.2結構

C語言的struct聲明創建一個數據類型，將可能不同類型的對象聚合到一個對象中。 用名字來引用結構的各個組成部分。類似于數組的實現，結構的所有組成部分都存放在內存中一段連續的區域內，而指向結構的指針就是結構第一個字節的地址。編譯器維護關于每個結構類型的信息，指示每個字段（field)的字節偏移。它以這些偏移作為內存引用指令中的位移，從而產生對結構元素的引用。

2.3聯合

聯合提供了一種方式，能夠規避C語言的類型系統，允許以多種類型來引用一個對 象。聯合聲明的語法與結構的語法一樣，只不過語義相差比較大。它們是用不同的字段來引用相同的內存塊。

考慮下面的聲明： struct S3{

char c;

int i[2];

double v;

}；

union U3{

char c;

int i[2];

double v;?

};

在一臺x86-64Lmux機器上編譯時，字段的偏移量、數據類型S3和U3的完整大小如下:

在一些下上文中，聯合十分有用。但是，它也能引起一些討厭的錯誤，因為它們繞過 了C語言類型系統提供的安全措施。一種應用情況是，我們事先知道對一個數據結構中的兩個不同字段的使用是互斥的，那么將這兩個字段聲明為聯合的一部分，而不是結構的一 部分，會減小分配空間的總量。

2.4數據對齊

許多計算機系統對基本數據類型的合法地址做出了一些限制，要求某種類型對象的地 址必須是某個值K(通常是2、4或8)的倍數。這種對齊限制簡化了形成處理器和內存系統 之間接口的硬件設計。

例如，假設一個處理器總是從內存中取8個字節，則地址必須為8 的倍數。如果我們能保證將所有的double類型數據的地址對齊成8的倍數，那么就可以 用一個內存操作來讀或者寫值了。否則，我們可能需要執行兩次內存訪問，因為對象可能被分放在兩個8字節內存塊中。

對齊原則是任何K字節的基本對象的地址必須是K?的倍數。可以 看到這條原則會得到如下對齊：

確保每種數據類型都是按照指定方式來組織和分配，即每種類型的對象都滿足它的對齊限制，就可保證實施對齊。編譯器在匯編代碼中放人命令，指明全局數據所需的對齊。