C语言数据相关知识：静态数据、越界与溢出

1、静态数组

在 C 语言中，数组一旦被定义后，占用的内存空间就是固定的，容量就是不可改变的，既不能在任何位置插入元素，也不能在任何位置删除元素，只能读取和修改元素，我们将这样的数组称为静态数组。

反过来说，如果数组在定义后可以改变容量，允许在任意位置插入或者删除元素，那么这样的数组称为动态数组。

总之，C 语言中的数组是静态的，一旦定义后长度就不能改变了，大家要注意这一点，不要尝试去插入或删除元素

1.#include <stdio.h>
2.
3. //自定义函数，用来输出数组元素
4. void display_array(int arr[], int len){
5. int i;
6. for(i=0; i<len; i++){
7. printf("%d ", arr[i]);
8. }
9. printf("\\n");
10. }
11.
12. int main()
13. {
14. int nums[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
15. int nums_new1[9];
16. int nums_new2[11];
17. int i;
18. 
19. //删除 nums 第 6 个元素
20. for(i=0; i<10; i++){
21. //i 等于 6 时直接跳过，不进行任何操作
22. if(i < 6){
23. nums_new1[i] = nums[i];
24. }else if(i > 6){
25. nums_new1[i-1] = nums[i];
26. }
27. }
28. display_array(nums_new1, 9);
29. 
30. //在 nums 第 6 个元素后面插入一个整数 55
31. for(i=0; i<10; i++){
32. if(i < 7){
33. nums_new2[i] = nums[i];
34. }else if(i > 7){
35. nums_new2[i+1] = nums[i];
36. }else { //i 等于 7
37. nums_new2[i] = 55;
38. nums_new2[i+1] = nums[i];
39. }
40. }
41. display_array(nums_new2, 11);
42. 
43. return 0;
44. }

C 语言数组为什么是静态的

不能插入和删除数组元素有时候会非常麻烦，比如一个数组保存了某个班级的学生学号，现在有一名学生退学了，就得把 TA 从数组中剔除，但是 C 语言并不支持这么做，这就给编程带来了不小的麻烦。

数组元素都是紧挨着排布的，中间没有空隙，不管是插入元素还是删除元素，都得移动该元素后面的内存：

在第 i 个元素后面插入一个新元素时，第 i 个元素后面的所有元素都要往后移动一个元素的位置，从而给新元素腾出位置来。如果该数组后面紧跟的是其它有用数据，那么为了防止覆盖有用数据，还不敢直接往后移动元素，必须得重新开辟一块内存，把所有的元素都复制过去。

删除第 i 个元素就比较简单了，不管三七二十一，把第 i 个元素后面的所有元素都向前移动即可。

 2、越界与溢出

数组越界：

C 语言数组是静态的，不能自动扩容，当下标小于零或大于等于数组长度时，就发生了越界（Out OfBounds），访问到数组以外的内存。如果下标小于零，就会发生下限越界（Off Normal Lower）；如果下标大于等于数组长度，就会发生上限越界（Off Normal Upper）。

C 语言为了提高效率，保证操作的灵活性，并不会对越界行为进行检查，即使越界了，也能够正常编译，只有在运行期间才可能会发生问题。请看下面的代码：

1.#include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4. int a[3] = {10, 20, 30}, i;
5. for(i=-2; i<=4; i++){
6. printf("a[%d]=%d\\n", i, a[i]);
7. }
8.
9. return 0;
10. }

越界访问的数组元素的值都是不确定的，没有实际的含义，因为数组之外的内存我们并不知道是什么，可能是其它变量的值，可能是函数参数，可能是一个地址，这些都是不可控的。

由于 C 语言的”放任“，我们访问数组时必须非常小心，要确保不会发生越界。每个 C 语言程序员的生涯中都遇到过越界错误，我拿项上人头作保证，所以千万不要大意，因为越界错误有时候不容易发现，也不容易复现。

当发生数组越界时，如果我们对该内存有使用权限，那么程序将正常运行，但会出现不可控的结果（如上例所示）；如果我们对该内存没有使用权限，或者该内存压根就没有被分配，那么程序将会崩溃。请看下面的例子：

每个程序能使用的内存都是有限的，该程序要访问 4*10000 字节处的内存，显然太远了，超出了程序的访问范围。这个地方的内存可能没有被分配，可能是系统本身占用的内存，可能是其它数据的内存，如果放任这种行为，将带来非常危险的后果，操作系统只能让程序停止运行。

数组溢出：

当赋予数组的元素个数超过数组长度时，就会发生溢出（Overflow）。如下所示：

int a[3] = {1, 2, 3, 4, 5};

数组长度为 3，初始化时却赋予 5 个元素，超出了数组容量，所以只能保存前 3 个元素，后面的元素被丢弃。GCC、LLVM/Clang、低版本的 VS（例如 VS2010）发现数组溢出只会给出警告，并不会报错。但是高版本的VS（例如 VS2015、VS2017）发现数组溢出时会报错，禁止编译通过，微软终于聪明了一次。一般情况下数组溢出不会有什么问题，顶多是丢失多余的元素。但是当以字符串的形式输出字符数组时，就会产生不可控的情况

字符串的长度大于数组长度，数组只能容纳字符串的前面一部分，即使编译器在最后添加了'\0'，它也保存不到数组里面，所以 printf() 扫描数组时不会遇到结束符'\0'，只能继续向后扫描。而后面内存中的数据我们不知道是什么，字符能否识别，何时遇到'\0'，这些都是不确定的。当字符无法识别时，就会出现乱码，显示奇怪的字符。

由此可见，在用字符串给字符数组赋值时，要保证数组长度大于字符串长度，以容纳结束符'\0'。