连续数组

Question

我很好奇C18标准中的一句话：

当且仅当两个指针都是空指针时，两个指针比较相等 是指向同一对象的指针（包括指向对象的指针和 开头的子对象）或函数，两者都是指向一个的指针 超过同一个数组对象的最后一个元素，或者一个是指向 一个超过一个数组对象的末尾，另一个是指向 立即发生的不同数组对象的开始 跟随地址空间中的第一个数组对象。 § 6.5.9 6

为什么数组后面的对象必须是另一个数组？不能简单地成为与数组基类型相同类型的对象（例如紧跟在int[] 之后的int）？

难怪我试过这段代码：

#include <stdio.h>

struct test { int arr[10]; int i; };

int main() {
    struct test t;
    int *p, *q;
    p = t.arr + 10;
    q = &t.i;
    if (p == q)
        printf("Equal pointers.");
    return 0;
}

它产生相等的指针。这种行为是否根本无法保证，只是实现定义的巧合？

Answer 1

OP：为什么数组后面的对象必须是另一个数组？

它没有。 “... start of a different array ...” 是一种简化。下一个规范是：

就这些运算符而言，指向不是数组元素的对象的指针与指向长度为 1 且对象类型作为其元素类型的数组的第一个元素的指针的行为相同。 C17dr § 6.5.9 7

---

OP：不能简单地是一个类型与数组基本类型相同的对象（比如紧跟在int[] 之后的int）？

是的。

Answer 2

首先，此处指定数组不会排除/禁止单个对象。内存中的单个对象与大小为 1 的数组无法区分。

（编辑：阅读this answer 以获取标准中在引用指针时明确说明这一点的引文）

其次，该标准还试图澄清您所引用的陈述，以下脚注指出了该规则适用的场景：

两个对象在内存中可以相邻，因为它们是相邻的 较大数组的元素或结构的相邻成员，没有 它们之间的填充，或者因为实现选择放置 它们是这样的，即使它们是无关的。

总而言之，标准在这里试图说明的是，一般来说，指向不同对象的两个指针不应该比较相等。然而，由于在内存中指向一个数组对象之外的对象是合法的，如果在该位置碰巧有一个不同的（数组）对象，那么这样的指针与指向相邻对象的指针比较仍然是合法的。现在，由于对齐选择和填充，此位置可能存在也可能不存在有效对象，但如果存在，则这些指针比较相等是可以接受的。

在您的示例中，如果我将数组更改为 char，则指针可能会比较不相等，因为编译器会选择将 int 对齐为 4 个字节（在大多数 32 或 64 位平台上），从而引入填充。根据标准，这种行为仍然是合法的。

#include <stdio.h>

struct test { char arr[10]; int i; };

int main() {
    struct test t;
    int *p, *q;
    p = (int*)(t.arr + 10);
    q = &t.i;
    if(p == q)
      printf("Equal pointers.");
    else
      printf("Unequal pointers.");
    return 0;
}

Answer 3

标准中的关键词是“或”。

当且仅当两个指针都是空指针时，两个指针比较相等 是指向同一对象的指针（包括指向对象的指针和 开头的子对象）或函数，两者都是指向一个的指针 在同一数组对象的最后一个元素之后，或一个是指向 一个超过一个数组对象的末尾，另一个是指向 恰好紧随其后的不同数组对象的开始 地址空间中的第一个数组对象。

如果地址空间中有一个数组后跟一个结构，编译器会布局该数组，然后在字边界处对齐结构的开头，而不是立即在数组后面。在这种情况下，不能保证指针相等。在大多数架构中，它们并不相同。

之所以提到数组作为约束是因为数组可以包含任何内容：std::byte、char、int、long、double 等，指针解引用操作是否成功取决于正在执行的操作指向并访问。如果您将指针指向内存中的特定字节并将其取消引用为 long，如果它未在字边界上对齐，则会出现分段错误。如果您将其取消引用为 char 或 std::byte，它将成功。指针不关心这一点，但取消引用它的调用者必须关心。请记住，在取消引用之前，指针可以转换为不同的类型。

这就是标准特别包含数组的原因。

正如其他人所指出的，标准中指针相等条件的第一部分有助于实现迭代器、数组访问、iterator::begin()、iterator::end() 等，