C++数组越界访问如何计算指针的有效性？

Question

C++数组越界访问如何计算指针的有效性？

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以下代码是否保证可以正常工作？

int* arr = new int[2];
std::cout << &arr[0x100];

这被视为良好的做法吗？还是通过常规方式添加偏移会更清晰？编辑：通过“工作”，我指的是它应该打印出在0x100处的理论成员的指针。基本上，如果这等同于“std::cout << ((unsigned int)arr + 0x100*sizeof(int))”。

- iBent

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你如何定义“工作正常”？ - juanchopanza

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你所做的事情和arr + 0x100一样是未定义的。 - StoryTeller - Unslander Monica

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嗯，想读取数组末尾的254个条目吗？很抱歉，读取超出数组末尾的内容永远不是一个干净或良好的做法。无论哪种方式都是未定义行为。 - Michael Dorgan

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@StoryTeller 我认为它们并不等价。从逻辑上讲是相等的，但 &arr[0x100] 相当于 *(arr+0x100)，这会导致地址解引用，因此是未定义的行为。而 arr + 0x100 仅是一个地址计算。 - Jens

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@Jens - 无论我们怎么想，这个加法都是无效的。在§5.7.5中已经黑白分明地说明了这一点。 - StoryTeller - Unslander Monica

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2个回答

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在第一行中，您分配了2个整数值。在第二行中，您访问了超出此范围的内存。这是绝对不允许的。

编辑：这里有一些有趣的评论。但我无法理解为什么需要引用标准来回答如此简单的问题，以及为什么在这里要讨论指针算术？

从逻辑上看，std::cout << &arr[0x100] 包括3个步骤： 1. 访问数组的不存在成员 2. 获取不存在成员的地址 3. 使用不存在成员的地址

如果第一步无效，那么所有后续步骤都是未定义的吗？

- Ernie Mur

引用标准或更详细地说明为什么这是未定义行为。作为它现在的评论，这个答案只是一个注释。 - Michael Dorgan

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@MichaelDorgan 我认为声明“访问您不拥有的内存是UB”不需要文档。但是，我认为他需要解释隐含的假设，即实际上“访问”了内存（因为OP似乎不理解下标运算符正在执行什么操作）。 - scohe001

“嗯，我实际上从来没有访问过数据”，这让人听起来好像他没有意识到它实际上是在取消引用。但我不认为在拥有的内存之外进行指针算术运算应该是UB...如果你能找到那篇文章证明我错了，我会很高兴的 :) - scohe001

@iBent：我没有看到你第一个代码片段和函数“removeFirst”之间的联系。如果m_size是数组的大小，这里是2，而T是int类型，那么该函数可以工作。您只需将数组内容向较低索引移动一个整数距离即可。但是，在C++中为什么需要访问数组外的int呢？ - Ernie Mur

@Ernie Mur 是的，我承认我的例子有点糟糕。我实际上是想说 "if (m_size) m_size--;"。考虑到在调用函数时 m_size 为 0。（当然，在这里使用 "if (m_size == 0) return;" 更好）。 - iBent

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可以查看英文原文，
原文链接

- 9Breaker · Accepted Answer

使用我的编译器（Cygwin GCC），在这个值处获取地址与执行指针算术相同，尽管每个都是未定义行为（UB）。如Jens在下面的评论中所提到的，在http://blog.llvm.org/2011/05/what-every-c-programmer-should-know.html中，我发现了以下有用的信息。

还值得指出的是，Clang和GCC都确定了一些C标准未定义的行为。我将描述的内容在标准中都是未定义的，并且在这两个编译器的默认模式下都被视为未定义行为。

野指针解引用和越界数组访问：解引用随机指针（如NULL、指向已释放内存等）以及访问数组越界的特殊情况是C应用程序中常见的错误，希望不需要解释。为了消除这种未定义行为的来源，每个数组访问都必须进行范围检查，并且ABI必须更改，以确保范围信息跟随任何可能受到指针算术影响的指针。这将对许多数值和其他应用程序产生极高的成本，并破坏与所有现有C库的二进制兼容性。

指针算术也是未定义行为。因此，您有一个地址，但不能对其进行解引用。因此，实际上没有必要拥有这个地址。获取地址本身就是未定义的行为，不应在代码中使用。

请参见此答案以了解越界指针：为什么越界指针算术是未定义行为？我的示例代码：

    int* arr = new int[2];
    std::cout << arr << std::endl;
    std::cout << &(arr[0])<< std::endl;
    std::cout << &(arr[1])<< std::endl;
    std::cout << &arr[0x100] << std::endl; // UB, cannot be dereferenced
    std::cout << &arr[256] << std::endl;   // cannot be dereferenced, so no use in having it
    std::cout << arr + 0x100; // UB here too, no use in having this address

样本输出：

0x60003ae50
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0x60003ae54
0x60003b250
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