在 C 中添加整数类型时，指针算术究竟是如何工作的?

Question

在C中，给定

char arr [10];
uint32_t i = -1;
char * p = &arr [1];

(p + i) 是否溢出/未定义或等于 &arr [0]？ 为什么C标准(6.5.6.8)中的指针算术规则如此混乱？

语言定义指针可以对任何整数类型做+，-，+=，-=操作，当指针添加负整数值时会发生什么？如果指针的表示形式为 4 个字节，但整数操作数int64_t，该怎么办？

C99标准在数组索引术语(6.5.6.8)中定义了指针算法，根据我的理解，它指出：

char * ptr = …;
char * new_ptr = ptr + int_expr;
assert( (new_ptr - ptr) == (int_expr) );

模糊的间接定义是什么原因？

Answer 1

将-1分配给uint32_t将其转换为UINT32_MAX(即4294967295)，每减少模数6.2.5p9。

所以你的代码等效于：

char arr [10];
uint32_t i = UINT32_MAX;
char * p = &arr [1];

p指向数组arr中的第二个元素。所以p+i，即p + 4294967295，产生一个指针，该指针肯定不在数组对象内。所以这将是未定义的行为。

例如，如果将i类型更改为int32_t，则它可以保存负值(正如您最初所希望的那样)。p + i，即p - 1会发出指向数组arr中第一个元素的指针(相当于&arr[0])。没有未定义的行为 因为生成的指针p + i(==&arr[0]) 仍然指向数组对象并且完全有效。

Answer 2

是的，它会溢出，不，它不会等于 &arr[0]。

因为变量i是uint32_t类型，所以它实际上没有值-1，而是非常大的数字4294967295，11111111 11111111 11111111 11111111二进制或0xFFFFFFFF十六进制。

如果将 i 的类型更改为类似int的值，则i的值将-1，(p+i)将引用arr[0]

Answer 3

鉴于您的示例，i是无符号数据类型，您肯定会指向数组之外arr因为-1被视为0xFFFFFFFF。 但这里令人困惑的部分可能不是指针算术，而是索引变量类型转换期间的溢出。

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另一方面，使用带符号数据类型进行i您将处于安全状态：

只要在一个数据对象的范围内，指针算术就是安全的。您也可以将一个元素指向数组的最后一个元素之后。

在C中，无论您编写*(arr+i)还是arr[i]都完全相同。 这意味着您的示例

char * p = &arr [1];

与

char * p = arr+1;

由此你可以推导出p + (-1)等于arr+1-1 == arr并且等于&arr[0]这完全可以指向该数组的边界内。

Answer 4

你指的是：

将整数类型的表达式加到或减去时 从指针中，结果具有指针操作数的类型。如果 指针操作数指向数组对象的元素，并且数组 足够大，结果指向 原始元素使得下标的差异 结果和原始数组元素等于整数表达式。

这并不令人困惑，这只是指针算法的定义。并应读作：

E array[N];
assert( (&array[X]+D) == &array[X+D] );

前提是 X 和 X+D 都在 [0，N] 中(您可以将一个指向最后一个元素)。

D可以是任何整数表达式。在您的情况下，它具有无符号整数类型(-1，因为uint32_t是UINT32_MAX)，因此它是未定义的行为，因为结果超出了数组 (1+UINT32_MAX>10) 的范围。

如果你使用了int32_t，结果将指向数组的第一个元素：

char array[10];
assert( (&array[1]-1) == &array[0] );