指针超出数组类型的末尾进行解引用

Question

指针超出数组类型的末尾进行解引用

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在c++中，对于数组类型，解引用一个指向超出末尾的指针是否有定义？

考虑以下代码：

#include <cassert>
#include <iterator>

int main()
{
    // An array of ints
    int my_array[] = { 1, 2, 3 };

    // Pointer to the array
    using array_ptr_t = int(*)[3];
    array_ptr_t my_array_ptr = &my_array;

    // Pointer one-past-the-end of the array
    array_ptr_t my_past_end = my_array_ptr + 1;

    // Is this valid?
    auto is_this_valid = *my_past_end;

    // Seems to yield one-past-the-end of my_array
    assert(is_this_valid == std::end(my_array));
}

普遍认为，对一个指向末尾后的位置的指针进行解引用是未定义的行为。但是，对于数组类型的指针是否也适用这一点呢？

从纯粹的指针算术角度来看，似乎这应该是有效的，因为*my_past_end会产生一个指向数组中将会存在的第一个元素的指针，这也恰好是原始数组my_array的一个有效的末尾后位置的int*。

然而，另一种看待这个问题的方式是，*my_past_end正在生成一个引用到一个不存在的数组，这个引用隐式转换为一个int*。这个引用似乎令人不安。

提供上下文，我的问题是由这个问题引发的，具体来说是这个答案的评论。

编辑：这个问题并非Take the address of a one-past-the-end array element via subscript: legal by the C++ Standard or not?的重复。我问的是这个规则是否也适用于指向数组类型的指针。

编辑2：删除了auto来明确说明my_array_ptr不是一个int*。

- François Andrieux

3

不可以，这将导致未定义行为。 - πάντα ῥεῖ

@πάνταῥεῖ 我同意，但是如果你看一下链接问题中的答案，你会发现并不是每个人都这么认为。 - François Andrieux

@Richard 这不是重复的问题。这个问题特别关注指针是否为数组类型指针时是否有区别。 - François Andrieux

4

不，引用结果指针值用于计算是有效的，但从中解除引用则从未被认为是有效的。 - πάντα ῥεῖ

2

my_array_ptr 是指向整个数组的指针，而不是第一个元素。它是 int(*)[3] 而不是 int *。 - François Andrieux

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2个回答

0

我相信它已经很好地定义了，因为它没有解引用超出末尾的指针。

auto is_this_valid = *my_past_end;

my_past_end 的类型是 int(*)[3]（指向包含 3 个 int 元素的数组的指针）。因此，表达式 *my_past_end 的类型是 int[3]，就像在这种情况下的任何数组表达式一样，它会“衰减”为指向数组对象的初始（零）元素的 int* 类型指针。这个“衰减”是一个编译时操作。因此，初始化只是将类型为 int* 的指针 is_this_valid 初始化为指向 my_array 结尾的位置。没有访问数组对象末尾之外的内存。

- Keith Thompson

下投票者：我可能是错的。如果是这样，你能解释一下为什么吗？ - Keith Thompson

1

这只是你的看法，如果你想证明它被充分定义，你应该引用标准。 - melpomene

1

@melpomene：我说它是明确定义的，因为它不会取消引用一个超出末尾指针。标准在哪里描述了不会发生的事情？数组到指针的转换（隐式的）在[C++11]标准的[conf.array]、4.2中有定义，但我认为这是常识。 - Keith Thompson

2

默认情况下，事物是未定义的。对于每一段具有定义行为的代码，都有一部分标准来定义它的功能。*my_past_end 是对 * 运算符的使用，其描述说明了 "结果是一个引用到表达式所指向的对象或函数的左值”。my_past_end 没有指向任何对象，因此行为是未定义的。 - melpomene

2

*x 解引用 x（如果表达式被评估，它就会被解引用）。您似乎错误地将“解引用 x”与“访问 x 指向的内存”混淆了。 - M.M

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可以查看英文原文，
原文链接

- Barry · Accepted Answer

这是CWG 232。这个问题似乎主要涉及取消引用空指针，但基本上是关于简单取消引用不指向对象的内容。在这种情况下，没有明确的语言规则。

其中一个问题示例为：

Similarly, dereferencing a pointer to the end of an array should be allowed as long as the value is not used:
char a[10];
char *b = &a[10];   // equivalent to "char *b = &*(a+10);"
Both cases come up often enough in real code that they should be allowed.

这基本上与上面的表达式中的 a[10] 部分相同，只是使用了 char 而不是数组类型。

引用：

“常识认为，解引用一个指向末尾后一个位置的指针是未定义的行为。然而，对于指向数组类型的指针是否也适用这一点呢？”

根据规则，不管指针是什么类型，规则都没有区别。 my_past_end 是一个指向末尾后一个位置的指针，因此，无论它是否指向数组类型，解引用它是否会导致未定义的行为并不取决于它所指向的类型。

虽然is_this_valid的类型是int*，它从int(&)[3]（数组指针衰减）初始化，因此这里实际上没有从内存中读取任何内容 - 这与语言规则的工作方式无关。 my_past_end是一个指针，其值为超出对象的末尾，这是唯一重要的事情。