二维数组索引 - 未定义的行为？

Question

我最近研究了一些代码，做一些有问题的二维数组索引操作。以以下代码示例为例：

int a[5][5];
a[0][20] = 3;
a[-2][15] = 4;
a[5][-3] = 5;

上面的索引操作是否受到未定义行为的影响？

Answer 1

这是未定义的行为，原因如下。

多维数组访问可以分解为一系列单维数组访问。换句话说，表达式a[i][j] 可以被认为是(a[i])[j]。引用 C11 §6.5.2.1/2：

下标运算符[]的定义是E1[E2]等同于(*((E1)+(E2)))。

这意味着上面的内容与*(*(a + i) + j) 相同。遵循 C11 §6.5.6/8 关于添加整数和指针（强调我的）：

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。

换句话说，如果a[i] 不是有效索引，则行为会立即未定义，即使“直观地”a[i][j] 似乎在界限内。

所以，在第一种情况下，a[0] 是有效的，但下面的 [20] 不是，因为 a[0] 的类型是 int[5]。因此，索引 20 超出范围。

在第二种情况下，a[-1] 已经越界，因此已经是 UB。

然而，在最后一种情况下，表达式 a[5] 指向数组最后一个元素的后一个元素，根据 §6.5.6/8，这是有效的：

...如果表达式P 指向数组对象的最后一个元素，则表达式(P)+1 指向数组对象的最后一个元素...

但是，在同一段的后面：

如果结果指向数组对象的最后一个元素，则不应将其用作计算的一元 * 运算符的操作数。

因此，虽然a[5] 是一个有效的指针，但取消引用它会导致未定义的行为，这是由最终的[-3] 索引引起的（这也是越界，因此是UB）。

Answer 2

使用负索引的数组索引是未定义的行为。抱歉，a[-3] 在大多数架构/编译器中与*(&a - 3) 相同，并且在没有警告的情况下被接受，但是 C 语言允许您将负整数添加到指针，但不能使用负值作为数组索引。不幸的是，这甚至在运行时都没有检查。

此外，在指针前面定义数组时，还需要了解一些问题。您可以只保留第一个子索引，而不是更多，例如：

int a[][3][2]; /* array of unspecified size, definition is alias of int (*a)[3][2]; */

（确实，上面是指针定义，不是数组，直接打印sizeof a）

或

int a[4][3][2]; /* 24 个整数的数组，大小为 24*sizeof(int) */

当你这样做时，计算偏移量的方法对于数组和指针是不同的，所以要小心。如果是数组，int a[I][J][K];

&a[i][j][k] 

放置在

&a + i*(sizeof(int)*J*K) + j*(sizeof(int)*K) + k*(sizeof(int))

但是当你声明时

int ***a; 

那么a[i][j][k] 等同于：

*(*(*(&a+i)+j)+k)，这意味着你必须取消引用指针a，然后将(sizeof(int **))*i添加到它的值，然后再次取消引用，然后将(sizeof (int *))*j添加到该值，然后取消引用它，然后添加(sizeof(int))*k value 以获取数据的确切地址。

BR