解除引用指针和访问数组元素之间的区别

我记得一个示例，其中演示了指针和数组之间的区别。

当作为函数参数传递时，数组衰减到指向数组中第一个元素的指针，但它们不等效，如下所示：

//file file1.c int a[2] = {800, 801}; int b[2] = {100, 101}; 

 //file file2.c extern int a[2]; // here b is declared as pointer, // although the external unit defines it as an array extern int *b; int main() { int x1, x2; x1 = a[1]; // ok x2 = b[1]; // crash at runtime return 0; } 

链接器不会对外部变量进行类型检查，因此在编译时不会生成错误。 问题是b实际上是一个数组，但编译单元file2并不知道这一点并将b视为指针，导致在尝试取消引用它时发生崩溃。

我记得当这被解释时它是完全合理的，但现在我不记得解释，也不能靠自己来解决。

所以我想问题是在访问元素时，数组与指针的处理方式有何不同？ （因为我认为无论p是数组还是指针， p[1]都转换为（汇编等价于） *(p + 1) – 我显然是错的）。

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由两个解引用产生的集合（VS 2013）：
注意： 1158000h和1158008h分别是a和b的内存地址

  12: x1 = a[1]; 0115139E mov eax,4 011513A3 shl eax,0 011513A6 mov ecx,dword ptr [eax+1158000h] 011513AC mov dword ptr [x1],ecx 13: x2 = b[1]; 011513AF mov eax,4 011513B4 shl eax,0 011513B7 mov ecx,dword ptr ds:[1158008h] 011513BD mov edx,dword ptr [ecx+eax] 011513C0 mov dword ptr [x2],edx 

Answer 1

感谢@tesseract在评论中提供的链接： 专家C编程：Deep C Secrets （第96页），我想出了一个简单的答案（书中解释的简单愚蠢版本;完整的学术答案阅读这本书）：

• 当声明为int a[2] ：
  • 编译器具有存储此变量的地址。 该地址也是数组的地址，因为变量的类型是数组。
  • 访问a[1]意味着：
    • 检索该地址，
    • 添加偏移和
    • 在此计算的新地址访问内存。
• 当声明int *b ：
  • 编译器也有b的地址，但这是指针变量的地址，而不是数组。
  • 因此访问b[1]意味着：
    • 检索该地址，
    • 访问该位置以获取b的值，即数组的地址
    • 然后向此地址添加偏移量
    • 访问最终的内存位置。

Answer 2

 // in file2.c extern int *b; // b is declared as a pointer to an integer // in file1.c int b[2] = {100, 101}; // b is defined and initialized as an array of 2 ints 

链接器将它们链接到相同的内存地址，但由于符号b在file1.c和file2.c具有不同的类型，因此相同的内存位置的解释方式不同。

 // in file2.c int x2; // assuming sizeof(int) == 4 x2 = b[1]; // b[1] == *(b+1) == *(100 + 1) == *(104) --> segfault 

b[1]首先评估为*(b+1) 。 这意味着获取内存位置b绑定的值，向其中添加1 （指针算术）以获取新地址，将该值加载到CPU寄存器中，将该值存储在x2绑定的位置。 因此，位置b值绑定为100 ，将其加1得到104 （指针算术; sizeof *b为4）并获取地址104的值！ 这是错误的和未定义的行为，很可能会导致程序崩溃。

如何访问数组元素以及如何访问指针指向的值有所不同。 我们来举个例子吧。

 int a[] = {100, 800}; int *b = a; 

a是2整数的数组， b是指向初始化为a的第一个元素的地址的整数的指针。 现在当访问a[1] ，它意味着从a[0]的地址得到偏移1处的任何内容，即符号a所绑定的地址（和下一个块）。 这是一个汇编指令。 就好像某些信息嵌入到数组符号中一样，这样CPU就可以在一条指令中从数组的基址偏移一个元素。 当你访问*b或b[0]或b[1] ，首先得到b的内容，这是一个地址，然后做指针算术得到一个新的地址，然后得到那个地址的任何东西。 因此，CPU必须首先加载b的内容，计算b+1 （对于b[1] ），然后加载地址b+1的内容。 这是两个assembly说明。

对于extern数组，您不需要指定其大小。唯一的要求是它必须与其外部定义匹配。 因此，以下两个陈述是等效的：

 extern int a[2]; // equivalent to the below statement extern int a[]; 

您必须将其声明中的变量类型与其外部定义相匹配。 在解析符号引用时，链接器不检查变量的类型。 只有函数具有编码到函数名称中的函数类型。 因此，您不会得到任何警告或错误，它会编译得很好。

从技术上讲，链接器或某些编译器组件可以跟踪符号所代表的类型，然后给出错误或警告。 但是标准没有要求这样做。 你需要做正确的事。

Answer 3

这并没有完全回答你的问题，但它会给你一个暗示正在发生的事情。 稍微修改你的代码给予

 //file1.c int a[2] = {800, 801}; int b[2] = {255, 255}; #include  extern int a[2]; // here b is declared as pointer, // although the external unit declares it as an array extern int *b; int *c; int main() { int x1, x2; x1 = a[1]; // ok c = b; printf("allocated x1 OK\n"); printf("a is %p\n", a); printf("c is %p\n", c); x2 = *(c+1); printf("%d %d\n", x1, x2); return 0; } 

现在，当你运行它时，你仍然会遇到段错误。 但就在您做之前，您可以了解原因：

 allocated x1 OK a is 0x10afa4018 c is 0xff000000ff Segmentation fault: 11 

指针c的值不是你所期望的：它不是指向数组b的开头的指针（它是一个接近a的合理内存位置），它似乎包含数组b的内容 ……（ 0xff是当然是255 （hex）。

我无法清楚地解释为什么会这样 – 为此，请参阅评论中@tesseract给出的链接 （实际上第4章的所有内容都非常有用）。