C語言指針運算符詳解

概述

在C語言中，當(dāng)你有一個指向數(shù)組中某個元素的指針時，你可以對該指針執(zhí)行某些算術(shù)運算，例如加法或減法。這些運算可以用來遍歷數(shù)組中的元素，如ptr[i]等價于*(ptr + i)。然而，如果你的操作使得指針指向了數(shù)組以外的位置（除了數(shù)組結(jié)束位置之后的一個位置之外），那么這個指針的行為就是未定義的。

例如：

如果ptr指向數(shù)組的第一個元素，那么ptr + 1將指向第二個元素。

如果ptr指向數(shù)組的最后一個元素，那么ptr + 1將指向數(shù)組結(jié)束之后的一個虛構(gòu)位置，這是允許的，但是試圖訪問該位置（如*(ptr + 1)）將導(dǎo)致未定義行為。

如果ptr指向數(shù)組的最后一個元素，那么ptr + 2指向的位置超出了數(shù)組的范圍，這將導(dǎo)致未定義行為。

未定義行為意味著編譯器可以做出任何事情，包括但不限于程序崩潰、數(shù)據(jù)損壞或其他不可預(yù)測的結(jié)果。因此，在編寫涉及指針操作的代碼時，確保指針始終在安全范圍內(nèi)是非常重要的。在實際編程中，常常會用到邊界檢查來防止這類問題的發(fā)生。

詳述

創(chuàng)建一個指向數(shù)組末尾之后的指針在標準中是有明確定義的，并且本規(guī)則允許這種操作。但是，引用通過這種方式創(chuàng)建的指針會導(dǎo)致未定義的行為，并且此規(guī)則禁止這樣做。

本規(guī)則適用于所有形式的數(shù)組索引：

整數(shù)表達式 + 整數(shù)表達式

指針表達式 + 整數(shù)表達式

指針表達式 += 整數(shù)表達式

指針表達式 -= 整數(shù)表達式

++ 指針表達式

-- 指針表達式

指針表達式++

指針表達式--

整數(shù)表達式 [指針表達式]

指針表達式 [整數(shù)表達式]

注意：對于指針算術(shù)的目的，標準將不是數(shù)組成員的對象視為具有單個元素的數(shù)組。

理由

雖然一些編譯器可以在編譯時確定數(shù)組邊界是否超出，但在運行時通常不會對無效數(shù)組下標進行檢查。使用無效數(shù)組下標可能導(dǎo)致程序出現(xiàn)錯誤行為。

由于它們不容易通過靜態(tài)分析或手動審查來檢查，因此運行時推導(dǎo)出的數(shù)組下標值最令人擔(dān)憂。如果可能的話，應(yīng)該提供代碼以檢查此類下標值的有效性，并根據(jù)需要采取適當(dāng)?shù)男袆印?/p>

如果從上述表達式之一獲得的結(jié)果不是一個指向由指針表達式所指向的數(shù)組元素或一個超過該數(shù)組末尾的一個元素的指針，則其行為是未定義的。有關(guān)更多信息，請參閱C90第6.3.6節(jié)、C99第6.5.6節(jié)。

多維數(shù)組是“數(shù)組的數(shù)組”。本規(guī)則不允許導(dǎo)致指針指向不同子數(shù)組的指針算術(shù)。不應(yīng)使用數(shù)組下標跨越“內(nèi)部”邊界的數(shù)組下標，因為這樣的行為是未定義的。

示例

使用+運算符也會違反規(guī)則18.4。

int32_t f1( int32_t * const a1, int32_t a2[10][1]) 
{
  /* Compliant/non-Compliant depending on the value of a1 */
  int32_t *p = &a1[3];     
return*(a2+9);/*Compliant*/
}


void f2(void)
{
    int32_t data = 0;
    int32_t b = 0;
    int32_t c[10] = {0};
    // 5-element array of 2-element arrays of int32_t
    int32_t d[5][2] = {0}; 
 
    int32_t *p1 = &c[0];    //Compliant
    int32_t *p2 = &c[10];   // Compliant - points to one beyond
    int32_t *p3 = &c[11];   // Non - compliant - undefined, points to two beyond
    
    data = *p2;




    data = f1(&b, c);
    data = f1(c, c);
    
    p1++;         /*Compliant*/
    c[-1] = 0;    /*Non-Compliant - undefined, array bounds exceeded*/
    data = c[10];    /*Non-Compliant - undefined,dereference of address one beyond*/
   
    d[3][1] = 0;         /*Compliant*/
    data = *(*(d + 3) + 1);      /*Compliant*/
    data = d[2][3];      /*Non-compliant - undefined, internal boundary exeeded*/
    
    p1 = d[1];
    data = p1[1];
}