哪些指针值是明确定义的计算？

Question

我曾认为，解引用不指向有效对象的指针是未定义行为，但仅仅计算这样的指针是可以的。

然而，如果我正确理解expr.add[4]，情况并非如此。

那么，这些指针计算中哪些是明确定义的呢？

int a = 42;
int *p = &a;
p;           // valid, and obviously ok
p++;         // invalid, but ok, because one past the end of 'array' containing 1 element?
p++;         // UB ?

这个案例怎么样？

int *p = nullptr;
p;                // invalid, and obviously ok (considered one past the end?)
p++;              // one past the end? or UB?

- cigien

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除了有效指针外，唯一允许的两个指针是空指针和数组结束后的1个位置。你的链接部分清楚地总结了这一点，是吗？ - rustyx

@rustyx 对于第一个情况，我认为已经足够清楚了。但是对于第二个情况，我不太确定。 - cigien

@rustyx 请看链接页面底部的注释（76）。 - Richard Critten

@RichardCritten 这就是我对第一个 p++ 的推理。这个推理难道不适用于第三种情况吗？ - cigien

你所称之为“无效”的两种情况是有效的。越过末尾和空指针都是有效的指针。(参见[basic.compound]/3) - M.M

Answer 1

在您的第一个示例中，第一个 p++ 是明确定义的，因为非数组被视为长度为一的数组。

下面是相关引用 (basic.compound/3.4):

为了指针算术运算 ([expr.add]) 和比较 ([expr.rel], [expr.eq])，数组 x 的 n 个元素中最后一个元素之后的指针被认为等价于指向 x 中假想数组元素 n 和不是数组元素的类型为 T 的对象的指针被认为属于具有 T 类型的一个元素的数组。

执行完 p++ 后，p 将指向 (假想的) 数组的最后一个(且仅有)元素的后面，这是明确定义的。这并不是"无效但可以"，因为指向对象结尾之后的指针并不是无效指针，(basic.compound/3.2):

指针类型的每个值都是以下类型之一:

• [...]

• 指向对象结尾之后的指针

• [...]

• 无效指针值。

在第一个示例中的第二个 p++ 是未定义行为，因为结果将指向假想的(&a)[1]元素之后，这是没有定义的。

在您的第二个示例中，p++ 是未定义行为，因为只有 0 可以添加到 nullptr (expr.add/4.1):

• 如果 P 评估为空指针值并且 J 评估为 0，结果是一个空指针值。

• [...]

• 否则，行为是未定义的。

- geza

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谢谢！非常有用的信息。 - Itachi Uchiwa