为什么定义数组之外的第一个元素默认为零？

Question

我正在为C班的期末考试而学习。我们的教授给了我们这个练习题：

解释为什么代码会产生以下输出：120 200 16 0

using namespace std;
int main()
{
 int x[] = {120, 200, 16};
 for (int i = 0; i < 4; i++)
 cout << x[i] << " ";
}

该问题的示例答案是：

cout语句只是循环遍历数组元素，其下标由for循环的增量定义。数组初始化不定义元素大小。for循环定义了数组的大小，它碰巧超过了初始化元素的数量，因此最后一个元素默认为零。第一个for循环打印元素0（120），第二个打印元素1（200），第三个循环打印元素2（16），第四个循环打印默认数组值为零，因为元素3没有初始化。此时，i超过条件，for循环终止。

我有点困惑，为什么数组外的最后一个元素总是“默认”为零。为了进行实验，我将问题中的代码粘贴到IDE中，但将for循环更改为for（inti=0；I）




Answer 1

这会导致未定义的行为，这是唯一有效的答案。您的数组x在堆栈上仅为三个整数保留内存，读取第四个整数时在输出中看到的内容未知，在某些系统/处理器上，由于尝试读取不可寻址的内存（系统不知道如何访问此地址的物理内存），可能会导致硬件中断。得到0的事实实际上是偶然的。通过在clang（-fsanize=address选项）中使用地址消毒剂，您可以看到：

https://coliru.stacked-crooked.com/a/993d45532bdd4fc2

短输出为：

==9469==ERROR: AddressSanitizer: stack-buffer-overflow

您可以在编译器资源管理器上进一步研究它：

https://godbolt.org/z/P5f57Yfvs

您将看到gcc为您的阵列生成以下程序集：

    mov     DWORD PTR [rbp-16], 120
    mov     DWORD PTR [rbp-12], 200
    mov     DWORD PTR [rbp-8], 16
    mov     DWORD PTR [rbp-4], 0

事实上，第四个元素的值为0。但是，请参见本例的优化级别-its-g-so非优化。开始添加优化，比方说-O1，您将得到：

    mov     DWORD PTR [rsp+4], 120
    mov     DWORD PTR [rsp+8], 200
    mov     DWORD PTR [rsp+12], 16

更多的优化可能会完全优化您的阵列—将其放入寄存器中。

Answer 2

它不默认为零。示例答案是错误的。未定义的行为是未定义的；值可以是0，也可以是100。访问它可能会导致seg故障，或导致计算机格式化。

至于为什么它不是一个错误，这是因为不需要C来对数组进行边界检查。您可以使用向量并使用at函数，如果您超出边界，该函数会引发异常，但数组不会。

Answer 3

我有点困惑，为什么数组外的最后一个元素总是“默认”为零。

在这份宣言中

int x[] = {120, 200, 16};

数组x正好有三个元素。因此，在数组边界之外访问内存会调用未定义的行为。

就是这个循环

 for (int i = 0; i < 4; i++)
 cout << x[i] << " ";

调用未定义的行为。数组最后一个元素之后的内存可以包含任何内容。

另一方面，如果数组被声明为

int x[4] = {120, 200, 16};

也就是说，对于四个元素，数组中没有显式初始值设定项的最后一个元素将被初始化为零。