指向C风格字符串的无效指针传递了数值

Question

我是一名有用的助手，可以为您进行文本翻译。以下是需要翻译的内容：

我目前正在学习《C++ Primer》。在其中一个练习问题中，它问道：

下面的程序是做什么用的？

const char ca[] = { 'h', 'e', 'l', 'l', 'o' };

const char *cp = ca;

while (*cp)
{
    cout << *cp << endl;

    cp++;
}

我很高兴地理解 *cp 将继续保持为 true，直到 ca[] 数组的最后一个字符，因为该数组中没有空字符作为最后一个项目。这更多是出于我的好奇心，想知道 while 循环是什么使其变为 false。在我的计算机上似乎总是显示 19 个字符。0-4 是 hello 字符串，5-11 总是相同的，12-19 在每次执行时都会改变。

#include <iostream>

using namespace std;

int main( )
{
    const char ca[ ] = { 'h', 'e', 'l', 'l', 'o'/*, '\0'*/ };

    const char *cp = ca;

    int count = 0;

    while ( *cp )
    {
        // {counter} {object-pointed-to} {number-equivalent}
        cout << count << "\t" << *cp << "\t" << (int)*cp << endl;

        count++;
        cp++;
    }

    return 0;
}

问题：是什么导致 while 循环无效？为什么 5-11 总是相同的字符？

- Compton

Answer 1

C++允许你通过指向ca[4]的下一个位置来创建指向ca[0]的指针。但是，你只能对指向ca[0]至ca[4]的指针进行解引用操作（即应用*操作符）；指向ca[4]的指针不可用。一旦你对指针进行解引用操作，其行为将是未定义的，程序可能产生任何数据，甚至崩溃。

实际上发生的情况更简单：指针只是内存中的地址，因此对它进行解引用操作会继续向程序传递数字。在某个时刻，该地址包含一个零字节。这是你的程序停止的时候。

数组是在自动内存中分配的。大多数编译器使用CPU堆栈。字节5..20的内容很可能包括cp和count，因为编译器倾向于将本地变量放在一起。其中可能还有一些填充，因为指针和int通常对齐在可以被4整除的地址上。当然，你不能指望任何这些发生，因为其他编译器会以不同的方式处理。

- Sergey Kalinichenko

Answer 2

由于访问超出数组边界的语言是未定义的，如果您想了解发生了什么，您需要了解您的“平台”如何工作。

对于大多数编译器，您的内存可能布局如下：

|H|e|l|l|o|XXX|____cp___|__count__|

XXX是指为了对齐到8而必须添加的“填充字节”。编译器通常会在调试版本中用固定值来填充这些字节，以避免停止（这样您就可以发现它）。

cp是一个指向每次递增的“H”的指针。它的值通常是进程堆栈在进程本身中的地址映射。

此地址通常具有固定前缀和随着嵌套调用深入而增长的偏移值。

由于指针（可能）长度为8个字节（由于x86处理器的低位优先，最后四个字节放置在第一个字节之前），所以您得到的是一个迭代，其中包括：

• 五个“Hello”字符
• 三个填充字符（假设它们可打印）
• 相对于堆栈开头的cp偏移量（始终相同，因为main函数始终在相同位置）
• 进程前缀的一部分（每次调用时都会更改）

此前缀可能在某个点上包含一个“0”，从而终止循环。

请注意，尽管这种解释有道理，但您不能以任何方式信任它用于编译为不同平台的生产代码，甚至可能由不同的编译器编译，因为它们管理变量的方式也可能不同。

- Emilio Garavaglia

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感谢大家的回复。我知道在数组中超过最后一个元素会导致未定义的行为。在我的想象中，我期望它会一直持续到找到一个“0”。我对“Hello”之后出现的一致性感到惊讶。这都是学习新语言的乐趣，特别是从C#转换过来。感谢Emilio（和其他人）提供的有用回复。Matt。 - Compton

Answer 3

重要的是要知道，您正在经历未定义行为。因此，无论您现在看到什么，在使用不同的编译器或不同的编译器选项时可能会有所不同。

“常量”值在5-11上最可解释的原因是您正在读取堆栈的一部分，这恰好每次都具有相同的值。

- JVApen

Answer 4

首先：

这个：存储了一个字符数组 (可修改的字符串)，包括 \0 空终止符：

const char ca[] = "hello";

这不包括空终止符。它从您的初始化列表初始化数组。

const char ca[] = { 'h', 'e', 'l', 'l', 'o' };

它的工作方式与你所做的相同：

const int ib[] = {2, 5, 7, 9};

这里是有道理的，因为编译器不应该向您的数组添加额外的内容。

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const char ca[] = { 'h', 'e', 'l', 'l', 'o' };
const char *cp = ca;
while (*cp){
    cout << *cp << endl;
    cp++;
}

你的代码中存在未定义行为，因为在数组中没有\0空终止符，所以你将会超出数组范围。

是什么导致while循环无效？

当打印完数组中的最后一个字符后，程序会继续从一个未定义（未知）的内存位置读取并打印，直到找到0并退出循环。

为什么5-11始终是相同的字符？

至于它们为什么看起来相同：栈变量按照编译器的意愿进行排序；内存也有填充；同样，内存被重用，因此你从stuff的地址中读取，这是你无法合法操作的。

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注：在int main()之前，您的程序可能会调用其他函数。（它调用了什么并不关您的事）。这些函数初始化静态变量，其中包括像std::cout这样的东西。

- WhiZTiM