为啥这个指针显示最后一个元素？

Posted 2023-02-21

【中文标题】为啥这个指针显示最后一个元素？

【英文标题】：Why does this pointer show the last element?为什么这个指针显示最后一个元素？

【发布时间】：2020-10-27 20:30:01

【问题描述】：

请向我解释b 指针如何显示最后一个元素。

无论数组有多长，它都会打印出最后一个元素。如果您在cout 中单独使用*b，则会显示数组外的数字。

#include <iostream>
#include <stdio.h>

using namespace std;

int main()

    int a[] = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11;
    int *b =(int*) (&a+1);
    cout << *(b-1) << endl;
    return 0;

【问题讨论】：

提示：sizeof(a) 是什么？

顺便说一句，这也是未定义的行为，但我还没有看到编译器不能按预期工作。

【参考方案1】：

这个表达式

&a+1

类型为int ( * )[11]，指向数组a最后一个元素之后的内存。

在此声明中

int *b =(int*) (&a+1);

您将表达式解释为具有指向数组 a 的最后一个元素之后的指针类型 int *。相反，你可以写

int *b = a + 11;

所以表达

b - 1

指向数组a的最后一个元素。

因此你可以这样想象*( b - 1 )这个表达式

*( a + 11 - 1 ) => *( a + 10 ) => a[10]

【参考方案2】：

根据pointer arithmetic 规则，将指针递增/递减N 元素会将指针的值调整N * sizeof(T) 字节，其中T 是指针的取消引用类型。

&a 是指向数组本身的指针，它的类型为int[11]，因此您有一个指向数组开头的int(*)[11] 类型的指针。让我们在下图中将此称为A1。

向该指针添加 +1 会将其前移sizeof(int[11])（又名sizeof(int)*11）字节，从而生成一个新的int(*)[11] 指向紧跟整个数组的内存地址的指针。我们在图中将其称为A2。

然后类型转换这个新指针，所以现在你有一个指向数组末尾的int* 类型的指针。这是您分配给int *b 指针变量的内存地址。让我们在下图中将此称为B1。

从该指针中减去 -1 会将其减少 sizeof(int) 字节，从而产生一个新的 int* 指针，指向数组中最后一个 int 元素的内存地址。让我们在下图中将此称为B2。

因此，当您取消引用 b 以打印它所指向的 int 时，您正在打印数组中最后一个 int 的值。如果您不递减b，则它指向数组的末尾，并且您有未定义的行为。您可能只是打印出随机垃圾，或者您的应用程序可能会崩溃。任何事情都有可能发生。

---------------------------------------------------------------------
|  1  |  2  |  3  |  4  |  5  |  6  |  7  |  8  |  9  |  10  |  11  |
---------------------------------------------------------------------
^                                                            ^      ^
|                                                            |      |
|_A1 --------------------------------------------------------|----->|_A2
                              +1                             |      |
                                                             |_B2 <-|_B1
                                                                -1

【讨论】：

其实就是UB。在数组类型之间转换指针到数组元素的类型是UB。但是，这种事情经常发生，std::complex 甚至开辟了一个例外，以便可以使用已知结构调用 C 函数。

@doug "在一个数组类型之间转换一个指针，到数组元素的类型是UB。" - UB怎么样？根据定义，就指针算术而言，指针可以指向对象的开头或结尾。所以我们获得了一个指向数组末尾的有效指针，将该指针转换为元素类型不会更改地址，只会更改指针类型。现在，强制转换的指针可以指向数组任何元素的开头或结尾，只要它仅在数组范围内被取消引用，我认为行为应该是明确定义的

T 的数组与 T 的类型不同。没有 UB，您不能将指针从一种类型转换为另一种类型（有一些像有符号无符号这样的剥离）。也就是说，这样做并不少见，据我所知，所有编译器都会产生预期的代码。就个人而言，我认为这不应该是 UB，但我不编写标准。