從一道面試題來看計算機專業(yè)基礎知識的重要性

以前碰到過這樣一道面試題：

// 請分析如下代碼的執(zhí)行結果。#include 
int main(){????int?i?=?0;????int?arr[3]?=?{0};    for(;i<=3;i++) {      arr[i] = 0;      printf("Hello, World! \n");    }   return 0;}

我心想，頭一次面試碰到這么簡單的面試題，面試官你是不是看不起我？

奮筆疾書，我寫了個三行?Hello,World。

可是當我自信滿滿的交給面試官的時候他卻詭異的笑了，仿佛在說，小伙計，你太天真了，你是不是看不起我出的題？

這一笑笑得我是冷汗直冒，就跟偷偷打飛機被人發(fā)現(xiàn)了一樣，異常尷尬。

當然，以上都是我胡謅出來的，一個面試不可能有這么多內心戲，我是一個寫代碼的程序員，又不是戲精，哪來那么多想法。

但是，雖然內心戲是胡謅的，可是這道面試題目確實實打實的。

接下來我們仔仔細細分析下這道題目，為了先快速得到執(zhí)行結果，我們先運行一遍看看：

執(zhí)行結果

可以看到，這段代碼竟然無限循環(huán)了，是不是很難理解。

想分析這段代碼，我們首先需要了解數(shù)組這個數(shù)據(jù)結構，簡單來說：數(shù)組是用一組連續(xù)的內存空間，存儲一組具有相同類型的數(shù)據(jù)的線性數(shù)據(jù)結構。

數(shù)據(jù)邏輯結構

根據(jù)數(shù)組的邏輯結構圖我們可以總結出一位數(shù)組的尋址公式為：arr[i]_address = base_address + i*data_size，其中?data_size?表示每個數(shù)據(jù)的磁盤空間大小。

根據(jù)這個尋址公式，我們來對上邊的代碼做出尋址行為的分析，當 i = 3 時，理論上尋址公式為?arr[3]_address = arr[2]_address + i*data_size，此處需要注意的是因為 C 語言中，數(shù)組越界是一種未決行為，如果你是從事 Java 或者其他高級語言的話會發(fā)現(xiàn)對于數(shù)組越界是當做一種異常行為來處理的，但是 C 語言不是。對于 C 語言來說，只要不是訪問受限的內存空間，所有的內存空間都是可以自由訪問的，哪么根據(jù)既定尋址公式，arr[3]會被定位到某塊本不屬于數(shù)組的內存地址上，而這塊地址恰恰存儲的是我們定義的變量 i，也就是說此時?arr[3] = 0?，相當于 i = 0 時的情況，這樣就會導致無限循環(huán)。

如果i<=3改成i<3，結果才是我們想要的樣子。

我們想要的結果

到此，程序的執(zhí)行結果我們分析完了，但是你可能對于上邊加粗的?而這塊地址恰恰存儲的是我們定義的變量 i?這句話有疑問，怎么就?arr[3] = 0?了呢？

這個時候我們大學學過的操作系統(tǒng)和計算機體系結構以及甚至可能是編譯原理的知識就要排上用場啦。

我們都知道在寫一個函數(shù)時會使用形參，形參實例化時會形成一份拷貝，調用這個函數(shù)時會把實參傳進去，調用完之后那些臨時拷貝又被釋放，那么計算機在調用函數(shù)時是如何進行形參的保存和釋放的呢？這個時候會用到一個叫棧的數(shù)據(jù)結構。

棧用于維護函數(shù)調用的上下文，離開了棧，函數(shù)調用就無法實現(xiàn)。棧是從高地址向低地址延伸的。每個函數(shù)的每次調用都有它自己獨立的一個棧幀，這個棧幀中有它所需要的各種信息。

回到上邊那段代碼，產生死循環(huán)的第一個原因就是因為函數(shù)調用棧的特殊性：函數(shù)體內的局部變量是存在棧上的，且是連續(xù)壓棧。在 Linux 進程的內存布局中，棧區(qū)在高地址空間，從高向低增長。變量 i 和 arr 在相鄰地址，且 i 比 arr 的地址大，所以 arr 越界正好訪問到i。當然，前提是 i 和 arr 元素要同類型，否則那段代碼仍是未決行為。

還有另一個原因是因為編譯器分配內存和字節(jié)對齊，我們定義 3 個元素的數(shù)組加上一個變量 i 。4 個整數(shù)剛好能滿足 8 字節(jié)對齊 所以 i 的地址恰好跟著?arr[2]?后面導致死循環(huán)。如果數(shù)組本身有 4 個元素 則這里不會出現(xiàn)死循環(huán)。因為編譯器 64 位操作系統(tǒng)下，默認會進行 8 字節(jié)對齊 變量 i 的地址就不緊跟著數(shù)組后面了。

通過今天這道看似簡單實則還是比較復雜的題目，可以說坑很多，涉及到的知識點也不少，但恰恰這些知識點是我們大學學過的一些計算機基礎知識，沒有涉及任何框架，也沒有任何的新技術，可很多人還是答不上來。

簡言之，你別看有些人整天這框架那框架的玩的很嗨，但是它的計算機專業(yè)素養(yǎng)是遠遠不夠的，職業(yè)生涯前期可能不會有什么區(qū)別，但是長遠來看，掌握了基礎知識的人上限勢必要高一些。

從今天開始，本公眾號也會更新一些計算機基礎知識的專欄，自打我停止更新這段時間，我也思考了很多，總覺得每天都很焦慮，玩著手機的時候焦慮沒有好好學習，學習的時候又心心念著電視劇劇情走向，今天學這個框架明天學那個框架，到頭來發(fā)現(xiàn)不但啥都沒學會，原來會的東西還給忘了。

5 月份開始，我會陸陸續(xù)續(xù)更新算法和數(shù)據(jù)結構、計算機網(wǎng)絡、操作系統(tǒng)原理以及設計模式等和編程語言不強相關的一些內容，希望大家能喜歡。

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