在C语言中，指向可变长度数组的指针类型为“指向元素类型的指针”。

Question

这是一个简短的C程序，提示用户输入一个数字，创建一个长度可变的整数数组，并使用指针算术运算来跨越已分配的元素：

#include <stdio.h>

int main() {
    /* Read a size from the user; inhibits compiler optimizations. */
    int n;
    scanf("%d", &n); // Yes, I should error-check. :-)

    /* We now have a VLA. */
    int arr[n];

    /* What is the type of &arr? */
    void* ptr = (&arr) + 1;

    /* Seems like this skipped over things properly... */
    printf("%p\n", arr);
    printf("%p\n", ptr);
}

如果您愿意，可以在ideone上尝试此代码。输出结果表明该行

void* ptr = (&arr) + 1;

将arr的地址以一种大小感知的方式传递，并遍历可变长度数组中的所有n个元素。

如果这不是一个可变长度数组，我对它的工作原理完全感到满意。编译器将知道arr的类型（对于某个常量K，它将是int (*) [K]），因此当我们将&arr加1时，它可以跳过正确数量的字节。

很明显，在运行时，我们如何评估(&arr) + 1。编译器将arr的大小存储在堆栈的某个位置上，当我们将(&arr)加1时，它知道加载该大小以计算要跳过多少字节。

然而，我不知道语言规范如何描述表达式&arr的类型。它是否分配了某些静态类型，指示它是可变长度数组（类似于int (*) [??]）？规范是否说“表达式的类型为int (*) [K]，其中K是在运行时分配给数组的任何大小”？规范是否禁止获取可变长度数组的地址，而编译器只是偶然允许它？

- templatetypedef

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形成指向可变长度数组的指针是绝对允许的；如果不能这样做，那么可变长度数组的可变长度数组等其他事情也将无法实现。 - user2357112

它将是指向可变长度数组类型的指针。sizeof运算符评估操作数以确定可变长度数组对象的大小，因此+必须执行相同的操作。请参见C.2011 - 6.5.6/10。 - jxh

我发布反汇编和反编译代码会有帮助吗？但我不知道该如何解释。 - savram

@savram 我的问题不在于它是如何工作的——机制对我来说相当清晰——而是关于C语言规范如何将类型分配给这里的表达式。我认为拆卸东西不会提供任何额外的见解。 - templatetypedef

我认为反编译的版本（而不是反汇编）会有所帮助，但如果你这么说，那我就不会发布它了。 - savram

Answer 1

使用可变长度数组（VLA）时，sizeof 运算符不是编译时常量，而是在运行时计算的。在您的问题中，&arr 的类型是 int (*)[n]; — 指向一个由 n 个类型为 int 的值组成的数组的指针，其中 n 是运行时的值。因此，正如你所注意到的，&arr + 1 （除了括号内注明不需要括号的注释外，不需要其他括号）是在 arr 后面的数组的起始地址，该地址比 arr 的值大 sizeof(arr) 字节。

您可以打印 arr 的大小；它将给出适当的大小（printf() 修饰符 z）。您还可以打印 &arr + 1 和 arr 的差异，并且会得到一个 ptrdiff_t 类型的大小（printf() 修饰符 t）。

因此：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int n;
    if (scanf("%d", &n) == 1)
    {
        int arr[n];

        void* ptr = (&arr) + 1;

        printf("%p\n", arr);
        printf("%p\n", ptr);
        printf("Size: %zu\n", sizeof(arr));
        printf("Diff: %td\n", ptr - (void *)arr);
    }
    return 0;
}

以下是两个样例运行结果（程序名称为vla59）：

$ vla59
23
0x7ffee8106410
0x7ffee810646c
Size: 92
Diff: 92
$ vla59
16
0x7ffeeace7420
0x7ffeeace7460
Size: 64
Diff: 64
$

没有重新编译，但是每次运行程序时sizeof()都是正确的。它是在运行时计算的。

实际上，你甚至可以使用一个循环，并且每次都有不同的大小：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int n;
    while (printf("Size: ") > 0 && scanf("%d", &n) == 1  && n > 0)
    {
        int arr[n];

        void* ptr = (&arr) + 1;

        printf("Base: %p\n", arr);
        printf("Next: %p\n", ptr);
        printf("Size: %zu\n", sizeof(arr));
        printf("Diff: %td\n", ptr - (void *)arr);
    }
    return 0;
}

vla11 的示例运行：

$ vla11
Size: 23
Base: 0x7ffee3e55410
Next: 0x7ffee3e5546c
Size: 92
Diff: 92
Size: 16
Base: 0x7ffee3e55420
Next: 0x7ffee3e55460
Size: 64
Diff: 64
Size: 2234
Base: 0x7ffee3e53180
Next: 0x7ffee3e55468
Size: 8936
Diff: 8936
Size: -1
$

- Jonathan Leffler

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是的。§6.5.3.4 sizeof和_Alignof运算符。（C11 n1570草案） - David C. Rankin

有趣。所以类型是“无论最终大小为何的数组”。太酷了！我不知道这一点。 - templatetypedef