指向数组第一个元素之前的指针答案

【问题标题】：Pointer to one before first element of array指向数组第一个元素之前的指针
【发布时间】：2020-02-11 07:13:12
【问题描述】：

在 C 语言中说，当指针指向同一个数组或该数组末尾的一个元素时，算术和比较是明确定义的。那么在数组的第一个元素之前呢？只要我不取消引用就可以吗？

给定

int a[10], *p;
p = a;

(1) 写--p合法吗？

(2) 在表达式中写p-1是否合法？

(3) 如果(2) 没问题，我可以断言p-1 < a 吗？

对此存在一些实际问题。考虑一个 reverse() 函数，它反转以 '\0' 结尾的 C 字符串。

#include <stdio.h>

void reverse(char *p)
{
    char *b, t;

    b = p;
    while (*p != '\0')
        p++;
    if (p == b)      /* Do I really need */
        return;      /* these two lines? */
    for (p--; b < p; b++, p--)
        t = *b, *b = *p, *p = t;
}

int main(void)
{
    char a[] = "Hello";

    reverse(a);
    printf("%s\n", a);
    return 0;
}

我真的需要检查代码吗？

请从语言律师/实践的角度分享您的想法，以及您将如何应对这种情况。

【问题讨论】：

(1) 写它可能是合法的，但如果你执行它，结果是未定义的行为。使用分段架构（英特尔 80286、80386 等），结果可能完全令人困惑。 (2) 同上。 (3) N/A，但答案是否定的。对于您的硬件和操作系统，您可能很安全，但 C 标准并不能保证这一点。
这能回答你的问题吗？ What are all the common undefined behaviours that a C++ programmer should know about? 专门查看指针部分。

标签： c language-lawyer pointer-arithmetic

【解决方案1】：

(1) 写--p是否合法？

它在 C 语法中是“合法的”，但它会调用未定义的行为。为了在标准中找到相关部分，--p 等同于p = p - 1（除了p 只评估一次）。那么：

C17 6.5.6/8

如果两个指针操作数和结果指向同一数组对象的元素，或最后一个元素数组对象的元素，评估不应产生溢出；否则，行为未定义。

评估调用未定义的行为，这意味着您是否取消引用指针并不重要 - 您已经调用了未定义的行为。

此外：

C17 6.5.6/9：

当两个指针相减时，都指向同一个数组对象的元素，或者指向数组对象最后一个元素的元素；

如果您的代码违反 ISO 标准中的“应”，它会调用未定义的行为。

(2) 在表达式中写 p-1 是否合法？

与 (1) 相同，未定义的行为。

至于这在实践中如何导致问题的示例：假设数组被放置在有效内存页面的最开头。当您在该页面之外递减时，可能会出现硬件异常或指针陷阱表示。对于微控制器来说，这并非完全不可能发生的情况，尤其是当它们使用分段内存映射时。

【讨论】：

您能否为问题中的示例代码提供一些 cmets？检查是否必要/适当/充分？
开头可能是*p == '\0'。此检查旨在防止 for 循环中出现 p--。
@aafulei 是的，我意识到了。由于循环写得不好，您确实需要额外的检查。正确的解决方法是重写循环，例如：godbolt.org/z/R4TuwT
感谢您的代码。这是一个聪明的。我建议您将其放在答案中，以供更多人查看。唯一的问题是，当字符串中有奇数个字符时（不包括'\0'），最后会有一个自交换（与自身交换）。但这没关系。在我打勾之前，请耐心等待我进行交叉验证。
如果表达式中的p-1 无效，则p=p-1 将无效。而p-- 是p=p-1。你会认为递减指针是无效的吗？

【解决方案2】：

使用这种指针算法是不好的编码习惯，因为它可能会导致大量难以调试的问题。

这种东西我二十多年才用过一次。我正在编写一个回调函数，但我无法访问正确的数据。调用函数提供了一个指针inside一个适当的数组，我需要那个指针之前的字节。

考虑到我可以访问整个源代码，并且我多次验证了该行为以证明我得到了我需要的东西，并且我让其他同事对其进行了审查，我决定让它投入生产是可以的.

正确的解决方案是更改调用函数以返回正确的指针，但考虑到时间和金钱（该部分软件已从第三方获得许可），这是不可行的。

所以，a[-1] 是可能的，但只能在非常特殊的情况下非常小心地使用。否则，就没有充分的理由去做那种自残的巫毒教了。

注意：在适当的分析中，在我的示例中，很明显我没有访问正确数组开头之前的元素，而是访问指针之前的元素，该指针保证在同一个数组内部。

参考提供的代码：

不能将 p[-1] 与 reverse(a); 一起使用；
可以 (-ish) 将其与 reverse(a+1); 一起使用，因为您仍然在数组中。

【讨论】：