C中指向可变长度数组的指针的类型是啥？

Posted 2023-02-14

【中文标题】C中指向可变长度数组的指针的类型是啥？

【英文标题】：What is the type of a pointer to a variable-length array in C?C中指向可变长度数组的指针的类型是什么？

【发布时间】：2018-03-10 19:55:35

【问题描述】：

这是一个简短的 C 程序，它提示用户输入一个数字，创建一个由该大小的 int 组成的可变长度数组，然后使用指针算法遍历已分配的元素：

#include <stdio.h>

int main() 
    /* Read a size from the user; inhibits compiler optimizations. */
    int n;
    scanf("%d", &n); // Yes, I should error-check. :-)

    /* We now have a VLA. */
    int arr[n];

    /* What is the type of &arr? */
    void* ptr = (&arr) + 1;

    /* Seems like this skipped over things properly... */
    printf("%p\n", arr);
    printf("%p\n", ptr);

如果您愿意，可以试试这个on ideone。输出表明该行

void* ptr = (&arr) + 1;

获取arr 的地址，并以大小感知的方式遍历可变长度数组中的所有n 元素。

如果这不是一个可变长度数组，我会完全适应它的工作原理。编译器会知道arr 的类型（对于一些常量K，它会是int (*) [K]），所以当我们在&arr 上加一时，它可以跳过正确的字节数。

很明显，我们可以在运行时评估(&arr) + 1。编译器将arr 的大小存储在堆栈的某个位置，当我们向(&arr) 添加1 时，它知道加载该大小以计算要跳过多少字节。

但是，我不知道该语言所说的表达式 &arr 的类型是什么。它是否分配了一些静态类型，表明它是一个可变长度数组（类似于int (*) [??]）？规范是否说“表达式的类型是int (*) [K]，其中K 是在运行时分配给数组的任何大小？”规范是否不允许获取可变长度数组的地址，而编译器恰好允许它？

【问题讨论】：

绝对允许形成指向可变长度数组的指针；除此之外，如果你不能这样做，VLA 的 VLA 将无法工作。

参见 §6.5.6 第 10 段中的示例

The example rici is referring to.

它将是一个指向可变长度数组类型的指针。 sizeof 运算符评估操作数以确定可变长度数组对象的大小，因此 + 必须做同样的事情。参见 C.2011 - 6.5.6/10。

@savram 我的问题不是关于它是如何工作的——机制对我来说很清楚——更多的是关于 C 规范如何将类型分配给这里的表达式。我不认为分解东西会提供任何额外的洞察力。

【参考方案1】：

对于 VLA，sizeof 运算符不是编译时常量。它在运行时进行评估。在您的问题中，&arr 的类型是 int (*)[n]; — 指向 n 类型为 int 的值的数组的指针，其中 n 是运行时值。因此，正如您所注意到的，&arr + 1（不需要括号，除非括号内的 cmets 注意到不需要括号）是arr 之后数组的开头——地址是sizeof(arr) 超出arr 值的字节.

你可以打印arr的大小；它会给你合适的大小（printf() 修饰符z）。您可以打印&arr + 1 和arr 之间的差异，并且您会得到ptrdiff_t 的大小（printf() 修饰符t）。

因此：

#include <stdio.h>

int main(void)

    int n;
    if (scanf("%d", &n) == 1)
    
        int arr[n];

        void* ptr = (&arr) + 1;

        printf("%p\n", arr);
        printf("%p\n", ptr);
        printf("Size: %zu\n", sizeof(arr));
        printf("Diff: %td\n", ptr - (void *)arr);
    
    return 0;

还有两个示例运行（程序名称vla59）：

$ vla59
23
0x7ffee8106410
0x7ffee810646c
Size: 92
Diff: 92
$ vla59
16
0x7ffeeace7420
0x7ffeeace7460
Size: 64
Diff: 64
$

无需重新编译——但每次运行程序时sizeof() 都是正确的。它是在运行时计算的。

确实，您甚至可以每次使用不同大小的循环：

#include <stdio.h>

int main(void)

    int n;
    while (printf("Size: ") > 0 && scanf("%d", &n) == 1  && n > 0)
    
        int arr[n];

        void* ptr = (&arr) + 1;

        printf("Base: %p\n", arr);
        printf("Next: %p\n", ptr);
        printf("Size: %zu\n", sizeof(arr));
        printf("Diff: %td\n", ptr - (void *)arr);
    
    return 0;

vla11 的示例运行：

$ vla11
Size: 23
Base: 0x7ffee3e55410
Next: 0x7ffee3e5546c
Size: 92
Diff: 92
Size: 16
Base: 0x7ffee3e55420
Next: 0x7ffee3e55460
Size: 64
Diff: 64
Size: 2234
Base: 0x7ffee3e53180
Next: 0x7ffee3e55468
Size: 8936
Diff: 8936
Size: -1
$

【讨论】：

是的。 §6.5.3.4 sizeof 和 _Alignof 运算符。 （C11 n1570 草案）

有趣。所以类型是“一个无论它最终是什么大小的数组”。这很酷！我不知道。