为什么下面代码中的printf语句打印一个值而不是垃圾值？

Question

int main(){
    int array[] = [10,20,30,40,50] ;
    printf("%d\n",-2[array -2]);
    return 0 ;
}

谁能解释-2 [array-2]的工作方式，为什么在这里使用[]？ 这是我分配中的一个问题，它给出的输出为“ -10”，但我不明白为什么？

Answer 1

从技术上讲，这会调用未定义的行为。引用C11，第6.5.6章

  

如果两个指针都   操作数和结果指向同一数组对象的元素，或者指向最后一个数组的元素   数组对象的元素，求值不应产生溢出；否则，   行为是不确定的。 [....]

因此，(array-2)是未定义的行为。

但是，大多数编译器将读取索引，并且可能能够使+2和-2索引无效，[2[a]与a[2]相同，与*(a+2)相同，因此2[a-2]是*((2)+(a-2))]，并且仅考虑要求值的其余表达式，即*(a)或a[0]。

然后，检查operator precedence

-2[array -2]实际上与-(array[0])相同。因此，结果是值array[0]和- ved。

Answer 2

这是一个不幸的教学示例，因为这意味着可以做一些通常在实践中不正确的事情。

技术上正确的答案是该程序具有未定义的行为，因此任何结果都是可能的，包括打印-10，打印不同的数字，打印完全不同或根本不打印的东西，无法运行，崩溃和/或执行某些操作完全无关。

未定义的行为来自评估子表达式array -2的结果。 array从其数组类型衰减为指向第一个元素的指针。 array -2会指向位于此位置之前两个位置的元素，但是没有这样的元素（并且这不是“单端结束”的特殊规则），因此无论如何评估，这都是一个问题它出现的上下文。

（C11 6.5.6 / 8说）

  

当将整数类型的表达式添加到指针或从指针中减去时，....如果指针操作数和结果都指向同一数组对象的元素，或者指向数组对象的最后一个元素，评估不会产生溢出；否则，行为是不确定的。

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现在，教师可能正在寻找的技术上不正确的答案是大多数实现中实际发生的事情：

即使array -2不在实际数组之外，它也会求值为数组数据起始地址前2*sizeof(int)个字节的某个地址。取消引用该地址是无效的，因为我们不知道那里确实有int，但我们不会。

查看较大的表达式-2[array -2]，[]运算符比一元-运算符具有更高的优先级，因此它表示-(2[array -2])而不是(-2)[array -2]。 A[B]的定义与*((A)+(B))相同。通常将A用作指针值，将B用作整数值，但是像我们在此处所做的那样，以相反的方式使用它们也是合法的。所以这些是等效的：

-2[array -2]
-(2[array -2])
-(*(2 + (array - 2)))
-(*(array))

最后一步的行为与我们预期的一样：将两个值添加到array - 2的地址值之后是2*sizeof(int)个字节，这使我们返回到第一个数组元素的地址。因此*(array)取消引用该地址，给出10，而-(*(array))取消该值，给出-10。程序打印-10。

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即使您在系统和编译器上看到它“起作用”，也永远不要指望这种事情。由于该语言无法保证将要发生的一切，因此，如果您进行了似乎不应该进行的微小更改，或者在其他系统，不同的编译器，相同版本的同一版本或使用同一系统和另一天的编译器。

Answer 3

以下是-2[array-2]的评估方式：

首先，请注意，-2[array-2]被解析为- (2[array-2])。下标运算符[...]的优先级高于一元-运算符。我们经常将诸如-2之类的常量视为单个数字，但实际上它是应用于-的{​​{1}}运算符。

在2中，array-2自动转换为指向其第一个元素的指针，因此它指向array。

然后array[0]尝试计算指向数组中第一个元素之前的两个元素的指针。 C标准未定义最终的行为，因为C 2018 6.5.6 8表示仅定义了指向数组成员和数组末尾的算法。

仅出于说明目的，假设我们使用的C实现通过定义指针使用平面地址空间并允许任意指针算术来扩展C标准。然后array-2指向数组前面的两个元素。

然后array-2使用C标准将2[array-2]定义为E1[E2]的事实。也就是说，下标运算符是通过将这两件事相加并应用*((E1)+(E2))来实现的。因此，哪个表达式为*和哪个表达式为E1并不重要。 E2与E1+E2相同。因此E2+E1是2[array-2]。加2将指针从数组之前的两个元素移回数组的开头。然后应用*(2 + (array-2))会在该位置10产生元素。

最后，应用*得到-10。 （回想一下，只有通过我们的假设，即C实现支持平面地址空间才能得出此结论。您不能在通用C代码中使用它。）

Answer 4

此代码调用未定义的行为，并且可以打印任何内容，包括-10。

C17 6.5.2.1数组下标状态：

  

下标运算符[]的定义是E1[E2]与(*((E1)+(E2)))相同

含义array[n]等效于*((array) + (n))，这就是编译器评估下标的方式。这使我们能够像n[array]那样编写array[n]这样的愚蠢的混淆，等同于*((n) + (array))。因为*((array) + (n))等效于-2[array -2]。如此处所述：
With arrays, why is it the case that a[5] == 5[a]?

专门查看表达式[array -2]：

• [array - 2]和[]自然是等效的。在这种情况下，前者只是草率的样式，目的是为了混淆代码。
• 操作员优先级告诉我们首先考虑-*( (2) + (array - 2) )。
• 因此表达式等于-
• 请注意，第一个2不是整数常量-的一部分。 C不支持负整数常量 ^1），[]实际上是一元减运算符。
• 一元减负的出现率比-2[低，因此[中的2会“绑定”到(array - 2)。

• 根据C17 6.5.6 / 8：对子表达式(2) + (array - 2)进行单独评估并调用未定义的行为：

    

  将具有整数类型的表达式添加到指针或从指针中减去时，   结果具有指针操作数的类型。 //-如果指针操作数和结果都指向同一数组对象的元素，或者指向数组对象的最后一个元素，则求值不应产生溢出；否则，行为是不确定的。

• 推测而言，未定义行为的一种潜在形式可能是编译器决定将整个表达式array替换为-*array，在这种情况下，整个表达式最终将以{{1 }}并打印-10。

  没有保证，因此代码是错误的。如果为您分配了解释代码为何打印-10的作业，则您的老师无能。将混淆作为C语言研究的一部分进行研究不仅毫无意义/有害，而且依赖未定义的行为或期望其产生一定的结果也是有害的。

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^1） C更支持负的整数常量表达式。 -2是整数常量表达式，其中2是类型int的整数常量。