C语言数组元素下标为何从0开始

    很多同学可能在学习数组时会有这个疑问,下标为什么不从1开始呢?从1开始不是更符合大家的日常习惯吗?生活中我们通常说第1个,而不是第0个。的确,有些计算机语言如早期的Pascal语言,数组元素的下标是从1开始的。难道是C语言故意要与众不同?要弄清楚这个问题,得先看一下计算机底层是怎样处理数组元素的。我们先编写了一个小程序,然后在visual studio中对其进行了反汇编。源程序和反汇编后的部分代码如下:

 

源程序:

int arr[5];  //一个全局数组

int main()

{

   int i;

   for (i =0;i < 5;i++)

      arr[i] = 9;

   return 0;

}

 

反汇编后的部分代码:

 

int i;      

for (i = 0; i < 5; i++)

0101168E

C7 45 F8 00 00 00 00

mov    dword ptr [ebp-8],  0

01011695

EB 09

jmp     010116A0

01011697   

8B 45 F8

mov    eax, dword ptr [ebp-8]

0101169A   

83 C0 01

add     eax,1

0101169D   

89 45 F8

mov    dword ptr [ebp-8],eax

010116A0   

83 7D F8 05

cmp    dword ptr [ebp-8],5

010116A4   

7D 10

jge     010116B6

arr[i] = 9;

010116A6

8B 45 F8

mov    eax,dword ptr [ebp-8]

010116A9

C7 04 85 80 95 01 01 09 00 00 00

mov    dword ptr [eax*4+01019580h],  9

010116B4 

EB E1

jmp     01011697

return 0;

010116B6  

33 C0

xor     eax,eax

                                              

    上表中除了程序源代码,其它部分中,最左列是指令的地址,中间是机器码,也就是机器最后执行的代码,右列是对应的汇编语言代码。可能初学者看不懂这些汇编代码,没有关系。我们重点看一下这一句:mov   dword ptr [eax*4 + 01019580h] , 9 它的功能就是arr[i] = 9,其中eax中存放着变量i的值,4表示每个元素占4个字节,01019580h是数组arr的首地址,为了确认,可以在监视窗口中键入arr或者&arr[0],我们可以看到它们的值等于0x01019580h,如下图所示:




    也就是说,在给第i个元素赋值时,先要计算它的地址,即:首地址+i*4,在这个例子中,首地址是01019580h,所以第0个元素存放在以01019580h 开始的四个字节中,第1个元素存放在以01019584h 开始的四个字节中,,第4个元素存放在以01019590h 开始的四个字节中。计算出地址后,用mov指令将9传递到该地址开始的4个字节中存放。执行完for循环后,查看01019580h开始的内存情况,如下图所示:



 

    可以看到,以0x01019580h开始的连续20个字节中存放着59

 

    从上面看出,当数组元素下标从0开始时,每个元素的地址计算如下:

                              第0个元素地址:首地址 (首地址 + 0*4)

                              第1个元素地址:首地址 + 1*4

                              第2个元素地址:首地址 + 2*4

                                …

                            第i个元素地址:首地址 + i*4

 

    当数组元素下标从1开始时,每个元素的地址计算如下:

                              第1个元素地址:首地址

                              第2个元素地址:首地址 +2-1*4

                              第3个元素地址:首地址 +3-1*4

                                …

                            第i个元素地址:首地址 +i-1*4

 

    很明显,如果数组元素下标从1开始,每次计算地址时,需要多做一次减法操作。因此,为了提高效率,C语言数组元素下标从0开始。C语言的高效率就是体现在这些点点滴滴中的,需要在学习中慢慢体会!

在C语言中,数组下标用于访问数组中的特定元素,以下是关于C语言数组下标使用方法和相关知识的介绍: ### 数组下标的基本概念 数组下标是一个整数值,用于指定数组元素的位置。在C语言里,数组下标0开始,也就是说,第一个元素下标0,第二个元素下标是1,依此类推。例如,定义一个包含5个元素的整型数组`int a[5] = {5, 6, 7, 8, 9};`,那么`a[0]`表示数组的第一个元素,其值为5;`a[1]`表示数组的第二个元素,其值为6,以此类推[^3]。 ### 数组下标的使用方法 可以使用下标运算符`[]`来访问数组元素。其语法为`数组名[下标]`。例如,对于上述数组`a`,可以通过`a[2]`访问数组中的第三个元素,代码示例如下: ```c #include <stdio.h> int main() { int a[5] = {5, 6, 7, 8, 9}; printf("数组的第三个元素是: %d\n", a[2]); return 0; } ``` 在这个例子中,`a[2]`将访问数组`a`中的第三个元素,即7。 ### 数组下标的计算 数组的名字就是数组的首地址,`[]`下标运算符里面是偏移量。例如`a[0 + 1]`是指数组的首地址向右移动一位,代表指向第二个元素。同时,根据指针和数组的关系,`*a` 等同于 `a[0]`,`*(a + 1)` 等同于 `a[1]`。例如: ```c #include <stdio.h> int main() { int a[5] = {5, 6, 7, 8, 9}; printf("a[1] 的值是: %d\n", a[1]); printf("*(a + 1) 的值是: %d\n", *(a + 1)); return 0; } ``` 此代码中,`a[1]` 和 `*(a + 1)` 都指向数组`a`的第二个元素,输出结果均为6 [^3]。 ### 数组下标的注意事项 - **下标范围**:数组下标必须在合法的范围内,即从0数组大小减1。如果使用超出这个范围的下标访问数组,会导致未定义行为,可能会访问到其他内存区域的数据,从而引发程序崩溃或产生不可预测的结果。 - **下标类型**:数组下标必须是整数类型(如`int`)。虽然在C语言中,方括号中的维数表达式可以包含运算符,但其计算结果必须是一个长整型值 [^4]。 ### 数组大小和下标的关系 在C99标准之前,C语言创建数组时,数组大小的指定只能使用常量、常量表达式,或者在数组初始化时省略数组的大小。而C99标准引入了变长数组的概念,此时可以使用变量指定数组大小,但VS不支持变长数组。例如: ```c #include <stdio.h> int main() { int n = 5; // C99标准支持使用变量指定数组大小 int a[n]; for (int i = 0; i < n; i++) { a[i] = i; } for (int i = 0; i < n; i++) { printf("a[%d] = %d\n", i, a[i]); } return 0; } ``` 在这个例子中,使用变量`n`指定了数组`a`的大小,然后通过下标循环初始化和访问数组元素 [^1]。
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