指向固定大小数组行为的指针

Posted 2023-02-17

【中文标题】指向固定大小数组行为的指针

【英文标题】：Pointer to fixed size array behaviour

【发布时间】：2017-04-25 11:00:22

【问题描述】：

为什么会这样？

uint8_t array[4] = 1,2,3,4;
uint8_t* parray = array;
uint8_t (*p1)[4]  = (uint8_t (*)[4])&array;
uint8_t (*p2)[4]  = (uint8_t (*)[4])&parray;
uint8_t (*p3)[4]  = (uint8_t (*)[4])parray;
uint8_t test1 = **p1;    // test1 = 1
uint8_t test2 = **p2;    // test2 = something random
uint8_t test3 = **p3;    // test3 = 1

parray 显然与 array 几乎相同。例如，数组 [0] == 数组 [0]。但是当我想获取指向 array 的指针作为指向固定大小数组的指针时，我必须使用 & 符号。当我想获得指向 parray 的指针时，我不能。

实际例子。

有一个函数接受指向固定大小数组的指针

void foo(uint8_t (*param)[4])

    ...

当我将另一个函数中的参数作为指针获取时，我可以通过这种方式将它传递给 foo 吗？

void bar(uint8_t param*)

    uint8_t (*p)[4]  = (uint8_t (*)[4])param;
    foo(p);

有没有更好的办法？

【问题讨论】：

可能你需要从脑海中抹去的第一件事就是谎言，在太多的介绍性文本中一直存在，指针和数组“几乎相同”。他们不是。在某些情况下，使用它们的表达式会给出相同的结果，这就是为什么谎言有时看起来是真的。但是，您使用它们的方式是谎言确实是谎言。

为什么foo 会以uint8_t (*)[4] 类型的参数开头？

@user2079303-- 我怀疑foo 将二维数组作为 OP 代码中的参数，而 bar 则使用一维数组（长度未指定！）。但也许 OP 正在考虑将一维数组的地址传递给foo。我认为我们从两个不同的角度看待同一个问题。

这听起来像是一个 C++ 问题。您可能应该删除 C 标记。

【参考方案1】：

这是一个称为数组衰减的功能。当变量名用于值上下文时，数组变量被称为衰减为指向第一个元素的指针。

这里的数组在值上下文中使用：parray = array，所以它会衰减。你可以明确地写出衰减：parray = &(array[0])。前者（隐式衰减）只是后者的语法糖。

addressof 运算符的操作数不是值上下文。因此，数组名称不会衰减。&array 与 &(array[0]) 不同。首先取数组类型的地址，后者取元素类型的地址。而parray则是完全不同的变量，&parray返回的是存放指针的地址，并不是存放数组的地址。

uint8_t (*p1)[4]  = (uint8_t (*)[4])&array;

这是正确的，尽管转换是多余的，因为 &array 已经是 uint8_t (*)[4] 类型。

uint8_t (*p2)[4]  = (uint8_t (*)[4])&parray;

这是错误的。 parray 是 uint8_t* 类型，并且存储它的地址不包含 uint8_t[4] 类型的对象。相反，它包含指针。

uint8_t (*p3)[4]  = (uint8_t (*)[4])parray;

这有点可疑。 parray 是指向 uint8_t 的指针，而不是指向 uint8_t[4] 的指针。但是，它恰好指向一个也包含uint8_t[4] 对象的地址，所以这是可行的。

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parray 显然和数组几乎一样

但显然不完全相同，正如您的程序的行为所证明的那样。

array 是四个uint8_t 元素的数组，parray 是指向uint8_t 的指针，它指向array 的第一个元素。理解这种区别很重要。

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结论：重要的是要了解什么是数组衰减，数组和指针之间有什么区别，最重要的是：显式转换可以向编译器隐藏错误 - 尽可能避免它们。

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对于编辑：

当我将另一个函数中的参数作为指针获取时，我可以通过这种方式将它传递给 foo 吗？

只有当你能证明param指向a的第一个元素时 uint8_t[4]。这本质上是bar 的前提条件。

但是，当您可以使用类型系统来传达需求时，最好不要依赖口头前置条件：

有没有更好的办法？

更改bar的参数类型，让用户知道传递一个正确类型的指针：

void bar(uint8_t (*param)[4]) 
    foo(param);

当然，这使得bar 在这个简单示例中变得多余。

【讨论】：

我已经编辑了我的问题。你能解释一下我可以使用这个“可疑”演员吗？

【参考方案2】：

"parray 显然与 array 几乎相同"

存在从array 类型到parray 类型的隐式转换，例如初始化（或分配） uint8_t* parray = array; 设置 parray 等于 &array[0]。反方向不存在转换。

在您对p1 p2 p3 的初始化中，您正在用您的演员表掩盖您的表达式类型

uint8_t (*p1)[4]  = (uint8_t (*)[4])&array; 

这里的演员表是多余的，&array 已经是(uint8_t (*)[4])

uint8_t (*p2)[4]  = (uint8_t (*)[4])&parray;

这里的演员是谎言，&parray 是uint8_t**

uint8_t (*p3)[4]  = (uint8_t (*)[4])parray;

这里的演员表是安全的，只是因为 parray 的值

【参考方案3】：

赋值语句，

  uint8_t (*p2)[4]  = (uint8_t (*)[4])&parray;

后来做

  uint8_t test2 = **p2; 

违反严格的别名。

详细说明，&parray 是 uint8_t** 类型，您将其转换为 (uint8_t (*)[4]) 类型（它们都不是兼容类型）并且您尝试取消引用目标指针。这会导致undefined behavior。

相关，C11，第 §6.5/P7 章

一个对象的存储值只能由具有以下之一的左值表达式访问 以下类型：⁸⁸⁾

——与对象的有效类型兼容的类型，

——与对象的有效类型兼容的类型的限定版本，

— 有符号或无符号类型，对应于有效类型 对象，

— 有符号或无符号类型，对应于 对象的有效类型，

— 聚合或联合类型，其中包括上述类型之一 成员（递归地包括子聚合或包含联合的成员），或

——一种字符类型。

【参考方案4】：

但是当我想把指向数组的指针作为指向 固定大小的数组，我必须使用 & 符号。

在这里，您的陈述在特定情况下是完全错误的，而在一般情况下是半错误的。您已经获得它并分配给指针变量数组，然后...试图将该变量的地址视为指向数组的指针？在特定情况下，数组的名称衰减为指向数组的指针。一般来说，指向数组的指针与指向数组第一个元素的指针相同，因此您可以使用&array[0] 或仅使用array