Question

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没有意识到这一点，并将b视为指针，导致在尝试取消引用它时发生崩溃。 / p>

我记得当这被解释时它很有道理，但现在我不记得解释，我也不能自己解决。

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

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：Expert C Programming: 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;完整的学术答案读过这本书）：

int a[2]

：
- 编译器为a存储了此变量的地址。该地址也是数组的地址，因为变量的类型是数组。
- 访问a[1]表示：
  - 检索该地址，
  - 添加偏移量和
  - 以此计算的新地址访问内存。

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
  - 向此地址添加偏移量，然后
  - 访问最终内存位置。

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中具有不同的类型，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，将该值存储在该位置x2必然会受到影响。因此，位置b的值绑定为100，向其添加1以获取104（指针算术; sizeof *b为4）并且获取地址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。

如何访问数组的元素以及如何访问指针指向的值。我们举一个例子。

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

a是2整数数组，b是指向初始化为a第一个元素地址的整数的指针。现在，当访问a[1]时，它意味着从1的地址获取偏移a[0]处的任何内容，即符号a的地址（和下一个块）受约束。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。当您访问*b或b[0]或b[1]时，首先获取b的内容，这是一个地址，然后执行指针算术以获取新地址，然后获取无论那个地址在那里。因此，CPU必须首先加载b的内容，评估b+1（对于b[1]），然后在地址b+1加载内容。这是两个装配说明。

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，以下两个陈述都是等效的：

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，您不会收到任何警告或错误，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。稍微修改你的代码以给出

//file1.c

int a[2] = {800, 801};
int b[2] = {255, 255};

#include <stdio.h>

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。但就在你做之前，你可以深入了解原因：

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

指针c的值不是您所期望的：它不是指向数组b的开头的指针（这将是一个接近a的合理内存位置），它似乎包含数组 b 的内容 ...（0xff当然是255十六进制）。

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link（实际上第4章的内容非常有用）。

解除引用指针和访问数组元素之间的区别

3 个答案: