我们可以减去 NULL 指针吗？

Posted 2023-02-21

【中文标题】我们可以减去 NULL 指针吗？

【英文标题】：Can we subtract NULL pointers?

【发布时间】：2019-09-08 21:16:22

【问题描述】：

由于指针运算是在同一个数组中定义的，我怀疑我们是否可以从另一个NULL 中减去NULL。我担心的是：

//first and second can both either be from the same array 
//or be both NULL
prtdiff_t sub(void *first, void *second)
    //Do I really need this condition?
    if(!first && !second)
        return (ptrdiff_t) 0;

    return second - first;

【问题讨论】：

@St.Antario 实际上你已经自己解释过了，可能有你的参考...

好吧，在这里检查 NULL 会有一点帮助，因为任何 other 无效指针都会同样破坏它。

@St.Antario 在我寻找参考资料时发布了两个答案。 :p

@St.Antario 所以如果NULL 被定义为一个整数常量表达式，你可以从NULL 中减去NULL，但这并不是不可移植的，因为它可能不是（而且通常是't) 定义为整数常量表达式。

即使NULL被定义为整数0，那么在赋值char *a = NULL; char *b = NULL;之后，那么减法a - b仍然是非法的。

【参考方案1】：

不允许减去两个 NULL 指针。 C standard states的第6.5.6p9节：

当两个指针相减时，都指向 相同的数组对象，或数组的最后一个元素 目的;结果是下标的差异 两个数组元素。结果的大小是 实现定义，其类型（有符号整数类型）为 ptrdiff_t 在标头中定义。如果结果不是 可以在该类型的对象中表示，行为是 不明确的。换句话说，如果表达式 P 和 Q 指向， 分别地，我 -th 和 j 数组对象的第 - 个元素，表达式 (P)-(Q) 具有值 i-j，前提是该值适合 ptrdiff_t 类型的对象。而且， 如果表达式 P 指向数组对象的元素或 一个数组对象的最后一个元素和表达式 Q 指向同一个数组对象的最后一个元素，表达式 ((Q)+1)-(P) 与 ((Q)-(P))+1 具有相同的值，并且为 -((P)-((Q)+1)) ，如果表达式 P 指向数组对象的最后一个元素后一个，则其值为零，即使 尽管表达式 (Q)+1 不指向数组的元素 对象。

因为两个指针都没有指向数组对象，所以行为是未定义的。

您也不能减去两个void *，因为void 是一个不完整的类型，而指针减法取决于知道指向对象的大小。您可以将每个指针转换为 intptr_t 并减去它们，但这会给您指针之间的字节差异，而不是索引差异。

【讨论】：

在许多实现中 intptr_t 的差异将是字节差异，但是将指针转换为整数的结果是实现定义的，因此不能保证结果.

技术上 NULL 是一个有效的地址并且是可寻址内存的第一个字节。因此它可以指向一个数组对象，因此您可以从 NULL 中减去 NULL。只有内存管理硬件被告知对于应用程序 NULL 不是一个有效的地址，并且在取消引用时它应该抛出一个异常。示例：中断向量从零开始。

@PaulOgilvie 我相信NULL 被定义为不是标准的有效地址（需要参考..）。地址0 实际有效（并且NULL 表示与指向此地址的指针相同）的特定架构的情况使得相应的架构/工具链组合不兼容。

@PaulOgilvie 引用如下：port70.net/~nsz/c/c11/n1570.html#6.3.2.3p3 ..生成的指针，称为空指针，保证不等于指向任何对象或函数的指针。 .但是，是的，这将是这些极端情况之一，您只需说“好吧，我的编译器足够理智，可以理解我想要做什么”..

@PaulOgilvie：从语义上讲，空指针值只能保证不等于任何对象或函数的地址。它不能保证是地址 0（一些旧系统使用 0xDEADBEEF 作为空指针值）。它也被认为是一个 invalid 指针值（试图取消引用它的行为是未定义的）。

【参考方案2】：

不，您不能这样做：两个指针之间的差异仅针对指向同一数组元素的指针定义，或者指向末尾的元素。 （为此，一个对象算作一个元素数组）。

(intptr_t)second - (intptr_t)first 是有效的。

【讨论】：

整数差异肯定是有效的，但它的含义是实现定义的（前提是没有溢出），因为将指针转换为整数的结果是实现定义的.

@JohnBollinger 在intptr_t 的意义上实现定义的不需要支持？还是以其他方式？

正如我所说，@St.Antario，实现定义，因为将指针值转换为整数类型的效果是实现定义的，无论涉及的特定整数类型如何。 intptr_t 是可选的，这是一个单独的问题。

【参考方案3】：

简单的答案是NO, YOU CAN'T SUBTRACT A NULL FROM ANOTHER NULL.

我认为你误解了这个定义：

NULL 明确定义为：一个整数常量表达式 值 0 或这种类型转换为 void 的表达式称为 null 指针常量。所以我曾经认为我们可以减去一个 0 另一个 0.

现在，至于现在，让我们来看看 GOOGLE 对 NULL 的定义

Null 表示没有价值；换句话说，null 为零，就像你 在你的咖啡里放这么少的糖，它实际上是无效的。空值 也意味着无效。源自拉丁语 nullus， 意思是“不是任何”，可怜的、无能为力的 null 实际上根本不存在。

很明显，它表明 null 没有 没有价值。想象一下，您正试图从无中减去任何内容。

现在让我们换一种说法，null 为零（当且仅当定义值）你可以肯定地减去它（但你不能做类似 char *ab = NULL, char *aa= NULL 然后执行像 ab-aa 这样的减法仍然是非法的）

但没有人能真正预测 null 的值，因此，当您无法获得该值时，您无法对其执行任何操作（如减法、加法等）。

【参考方案4】：

C++03 §5.7/7 说：

如果值 0 被添加到指针值或从指针值中减去，则 结果比较等于原始指针值。如果两个指针 指向同一个对象或两者都指向同一个对象的末尾 数组或两者都为空，两个指针相减，则 结果比较等于转换为ptrdiff_t类型的值0。

但是C没有这样的规定。

【讨论】：

所以 C++ 处理你的情况。

这个问题被标记为 C，而不是 C++。

如果您添加类似“..但 C 没有这样的规定”之类的内容和结论，您的答案可能会被认为是好的答案。