为什么*(pa-1)的输出是`a`的最后一个元素？

Question

我从以下代码的输出中得到的是*(pa-1)=5，为什么会这样呢？

#include<iostream>

using namespace std;

int main(){

    int a[5]={1,2,3,4,5};
    int *pa=(int *)(&a+1);

    cout<<"*(pa-1)="<<*(pa-1)<<endl;

}

- JDein

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很确定这是未定义行为，因为你将指向int数组的指针转换为指向int的指针。 - Dan F

只要 T 是标准布局，(T*)[N] 可以转换为 T* 并且可以返回第一个元素的地址。 - Kerrek SB

Answer 1

&a是数组的地址，类型为“指向int[5]的指针”。因此&a + 1将整个由五个元素组成的数组移动一个单位，并指向数组的末尾。

pa是一种类型转换后的指针*，它现在将同一地址视为整数数组（而不是数组！）。因此与指向数组末尾的指针a + 5相同。减一可以获得指向数组最后一个元素的指针，即5。

_{*) 只要数组的基础类型是标准布局的，例如int，这种类型的重解释都是可接受的，而且会按照你所期望的方式运行。}

- Kerrek SB

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数组很特殊：a 是其自身的地址，而 &a == a，尽管它们是不同类型。非常好的写作。 - Richard Sitze

@HristoIliev：我不认为Richard在抱怨。他只是指出数组在某种意义上是独特的，因为变量名本身可以作为对象地址的地址，尽管类型不同。不过他可能应该说(void*)(a) == (void*)(&a) :-) - Kerrek SB

@KerrekSB，在他编辑评论之前，这似乎是一份投诉。 - Hristo Iliev

感谢Kerrek和所有人的纠正：是的，(void*)(a) == (void*)(&a)是我应该说的。 - Richard Sitze

@RichardSitze：实际上，你应该转换为char *而不是void *。1999年的C标准在6.3.2.3 7中说，将指针转换为字符类型会产生对象的最低地址字节。因此，(char *) a和(char *) &a必须产生相同的地址。对于转换为void *，没有这样的保证，因此转换为void *可能会给出不同的值或者在比较时导致未定义的行为。 - Eric Postpischil

Answer 2

你还能期望什么呢？&a 的类型是 int (*)[5]，所以 &a + 1 指向了 a 后面的下一个 int[5]；它是经典的“结束”迭代器，用于迭代 int[5] 元素。然后你将其 reinterpret_cast 为 int*，并访问它。严格来说，我认为你的代码具有未定义行为，因为你可以合法地使用 reinterpret_cast 的结果只有将其转换回原始类型。(当涉及到字符类型的指针时，有一些例外情况。)实际上，在标准中分散的各种要求意味着你将获得 a 中最后一个 int 的地址。

- James Kanze

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(int*)[5] 不是一个合法的类型表达式。&a 的类型是 int (*)[5]，一个指向包含5个int元素的数组的指针。 - James Kanze

类型是int (*)[5]。有关语法，请参阅C99标准的§6.7.6节。 - Hristo Iliev

@KerrekSB 已经修复了:-)。（我想在发布之前可能不小心编辑错了什么。也许是类似于 a 具有类型 int [5]，因此 &a 具有类型 int (*)[5] 的内容。） - James Kanze

为了确保，我认为这不是未定义行为（UB），因为当类型是标准布局时，将一个对象的指针视为第一个成员或元素的指针是可以允许的。 - Kerrek SB

@KerrekSB 这在 C++11 中可能已经发生改变。至少在早期，这是未定义的行为：C 标准被精心制作，以允许“fat”指针，其中包括边界信息（以及可能还包括一些类型信息），以便实现完全检查。早期的 C++ 也允许这样做，至少过去有一个编译器实现了它。 - James Kanze