指针表达式何时“基于”另一个指针？

Question

在Section 6.7.3.1 of the C language standard中有关restrict的内容是：

  

  

1. 让D是一个普通标识符的声明，该声明提供了一种将对象P指定为类型T的受限限定指针的方法。

  

2. ...

  

3. 随后，如果（在评估E之前执行B的某个顺序点上）修改P使其指向数组的副本，则认为指针表达式E基于对象P先前指向的对象会更改E的值。

  

我不明白这是什么意思-从字面上看：

• 谁说P指向“数组对象的副本”？
• 为什么P“以前”指向任何东西？也就是说，谁说我们改变了它的价值？
• 让我们假设E是局部范围的指针。为什么修改除E指针本身之外的 any 指针表达式会“更改E的值”？它可能会更改E指向的值。对吧？

有人可以帮我解释一下这段文字吗？

_{（受this answer启发）}

Answer 1

  

谁说P指向“数组对象的副本”？

根据数组元素的指针定义了指针算术（在C 2018 6.5.6 8和9中）。为此，将单个对象视为一个元素的数组。因此，只要我们有任何非空对象指针，就在此模型中将其指向数组。

  

为什么P“以前”指向任何东西？也就是说，谁说我们改变了它的价值？

您引述的文字是“要弄清E是否基于P，让我们假设复制P所指向的数组，然后分配给{ {1}}指向副本中相应位置的指针。”因此，您引用的文本是说我们正在更改P的值，然后我们将P的值与此更改进行比较没有它。

  

让我们假设E是局部范围的指针。为什么修改除E指针本身之外的任何指针表达式都会“更改E的值”？它可能会更改E指向的值。对吧？

对象和值没有作用域。标识符具有范围。但是，让我们考虑一个具有块范围的标识符：

E

为便于说明，假设// P is a pointer into A. // S is the size of A. // A is the start of an array not contained in any other array. void foo(char *P, size_t S, char *A) { void *E = P+2; } 的值为0x1004，而P为0x1000。 A是否基于E？好吧，鉴于以上所述，P为0x1006。假设我们在定义E之前考虑以下代码：

E

假设 char *N = malloc(S); memcpy(N, A, S); P = P - A + N; 返回0x2000。 malloc的值是什么？它将是0x2006。这与0x1006不同。因此E是基于E的。

另一方面，请考虑以下问题：

P

现在，void foo(char **P, size_t S, char **A) { #if OnOrOff char *N = malloc(S); memcpy(N, A, S); P = P - A + N; #endif char **E = P[3]; } 的值会根据E是true还是false改变吗？否，无论哪种情况，它都将直接或从副本中接收到OnOrOff的引用元素的值。 A可能指向P或A的事实并不影响N的值。因此，此E并非基于E。

Answer 2

“基于”的定义旨在定义指针之间的传递关系，但是其实际措辞将产生不可行的定义，据我所知，该定义与任何实际的编译器行为都不匹配。

以传递方式应用以下规则会更简单（这就是编译器似乎要做的）：如果*p是类型T*的指针，则以下指针“基于” { {1}}：

• p或p+(intExpr)
• p-(intExpr)
• (otherType*)p
• &*p或&p->structMemberofNonArrayType
• &p->unionMemberofNonArrayType或p->structMemberofArrayType
• p->unionMemberofArrayType
• 基于以上任何条件的任何指针

我认为&p[intExpr]的标准不是很明确，编译器的编写者也不清楚。

请注意，通过上述任何一种表达式从(someType*)someIntegerFunction((uintptr_t)p)派生的任何q，除了涉及通过p进行强制转换的uintptr_t和(char*)p之间的区别将与(char*)q持有的地址无关。

顺便说一下，这是一个有问题的极端情况的示例：

p

使用过渡方法基于另一个方法形成指针，如果int test1(int * restrict p1, int * restrict p2, int n) { int *restrict p3 = p1+n; // How would p4 and p5 be affected if p3 were replaced // with a pointer to a copy here? int *p4 = p3; if (p3 != p1) p4=p1; int *p5 = p2 + (p3 == p1); *p3 = 1; *p5 = 2; return *p4; } 为零，则n显然将基于p4。但是，指针p3不会从p5派生，因为没有序列可用来推导其值的“基于”步骤。

尝试通过将p3替换为指向数组副本的指针来将标准中的规则应用于n==0不会影响p3的值，但会影响p4的值。这意味着p5不是基于p4的，而是p3是基于的。

我认为这样的结果是荒谬的，我认为标准的作者也会这样做，但是它遵循了标准中措辞明确的规则。

Answer 3

在阅读了几条评论以及@EricPostpischil的答案之后，我尝试综合了一些我认为更清晰（虽然更长一点）的内容，以阐明情况并回答所提出的问题。

原始文本：

  

接下来，如果（在评估E之前执行B的某个顺序点处）修改P使其指向数组对象的副本，则指针表达式E可以基于对象P。它以前指出会改变E的值。

澄清的文字：

  

接下来，如果在评估E之前更改P（具有某些限制）会使E评估为其他值，则认为指针表达式E基于对象P。限制是：

     

  
• 节制性限制：对P的修改必须在sequence point处进行。
  
• P只能修改为指向原始指向的相同副本。
  （而且，由于通常，我们可以想到总是指向数组对象的指针-P只能设置为指向该数组对象的副本）。
  

Answer 4

第3点可以用代码大致表示：

#define E(P)  ( (P) + 1 )   // put the expression you want to test here

extern T obj;    // T is some type
T copy = obj;

if ( E(&obj) != E(&copy) )
    printf("the expression in the macro is based on P")

标准中使用的形式语言定义允许E是不确定的和其他病理情况（例如(P) + rand() % 5），而我的示例则没有。

标准版本是我们在相同的上下文中比较E(&obj)的结果和E(&copy)的结果。