使用负数作为数组索引

Question

我遇到了一个有竞争性的问题，它询问以下代码的输出:

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a[] = {0,1,2,3,4};
    int i, *ptr;
    for(ptr = a+4, i=0; i <=4; i++)
    printf("%d", ptr[-i]);
    return 0;
}

我阅读了这个主题：C中是否允许使用负数索引？ 但是我不清楚负号如何将数组按相反的顺序生成，即4, 3, 2, 1, 0。

- Jishan

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根据你问题的标题，你没有使用负数作为数组索引；你正在使用指针ptr和索引-i来计算a[]中某个元素的指针运算。数组a[]始终以0为根，并通过a[n]对其进行反引用，其中n小于零是未定义行为。数组不是指针。下面的答案潮解释了指针数学概念。 - WhozCraig

a[b] 等同于 *(a + b) 等同于 b[a]。 - frogatto

记住WhozCraig的上面所提及的答案。在你的职业生涯中，你可能会遇到使用这种指针来“poke”和“zap”字节数组中的值的代码。有时甚至会用它来强制终止字符串？以上问题具有“Python风格”，因为在Python中可以使用否定形式？ - mckenzm

Answer 1

首先，回想一下在C语言中，表达式ptr [index]的意思与*(ptr + index)是相同的。

现在让我们再次看一下您的表达式：ptr在循环之前设置为a+4; 然后你对它应用了一个负的i索引。因此，等价的指针算术表达式如下：

printf("%d", *(a+4-i));

这个表达式反向迭代数组，产生您看到的结果。

- Sergey Kalinichenko

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简洁而优美的解释！ - Jishan

Answer 2

这个方法可行的原因是[]运算符进行了指针加法。

当您引用时

a[x]

实际上发生的是，它获取变量a的内存地址并加上sizeof(int)*x。

因此，如果你将ptr设置为a+4，则会变成a+sizeof(int)*4。

当输入负数时，会向内存地址后移动。

- QuinnFTW

Answer 3

在for语句中使用in

for(ptr = a+4, i=0; i <=4; i++)

指针ptr被设置为a+4。也可以以下面的方式完成

ptr = &a[4];

如果您尝试输出指针所指向的值，例如：

printf( "%d\n", *ptr );

你将得到4。这是指针指向数组的最后一个元素。

循环中使用了表达式ptr[-i]。当i等于0时，它相当于ptr [0]或简单地写成*ptr，输出的是数组的最后一个元素。 当i等于1时，表达式ptr [-i]等同于a [4-1]或简单地写成a[3]。当i等于2时，表达式ptr[-i]等同于a [4-i]即a [4-2]，而a[4-2]又等于a [2]，以此类推。 所以你会得到

4321

- Vlad from Moscow

Answer 4

a+4 会给出指向 a 的第五个元素的指针。因此，ptr 指向那个位置。

然后循环计数器 i 从0递增到（包括）4。

解引用运算符 ptr[-i] 等同于 *(ptr - i) （根据定义）。因此，由于 i 是0，ptr 是 a+4 ，它等同于 a+4-0，然后是 a+4-1，再然后是 a+4-2，一直到 a+4-4，也就是显而易见的等于 a。

- Jerry Coffin

Answer 5

ptr[-i]会衰减为*(ptr + (-i))。在第一次迭代时，当i = 0时，ptr[-i]访问a数组的最后一个元素，因为最初ptr被设置为等于a + 4，这意味着-取a的开始地址并加上4 * sizeof(int)（因为ptr的大小为int）。在每个下一次迭代中，当i增加时，将访问数组的前一个元素。

- macfij

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严格来说，表达式一并不会“衰变”成表达式二：它们只是等价的表达式。然而，如果你按照 OP 对 a 的定义将 *(a + (-i)) 写成这样，那么 a 确实会衰变为指向 a 的第一个元素的指针。 - Peter - Reinstate Monica

Answer 6

正如我在C/C++的评论中提到的那样

a[b] == *(a+b) == b[a]

对于您的情况，这些都是可以的。

printf("%d", *(a + 4 - i));
printf("%d", a[4 - i]);
printf("%d", 4[a - i]);
...

- frogatto