c - 在 for 循环中使用关系运算符测试指针

Question

假设我有一个 for 循环，它使用如下指针将零存储在数组中：

int *vp, values[5];

for(vp = &values[5-1]; vp >= &values[0]; vp--)
   *vp = 0;

这本书 - C 上的指针说这个循环有问题，因为比较vp >= &values[0]是未定义的，因为它移动到了数组的边界之外。但是如何？

Answer 1

即使排除旧的或奇异的处理器架构，此代码也不安全。

编译器中的优化器嵌入了许多关于语言的规则。当它看到vp >= &values[0]， wherevalues是一个数组时，优化器有权假定它vp指向一个数组元素或数组之外的元素，因为否则表达式不是由 C 语言定义的。

因此，嵌入在优化器中的规则和机制可能会决定这vp >= &values[0]始终是正确的，因此它可能会生成就像for (vp = &values[5-1]; ; vp--)已经编写好的代码一样。这会导致一个没有终止条件的循环，并且在使用指向数组外部*vp = 0进行评估时会产生进一步的未定义行为。vp

Answer 2

假设一个指针等价于一个无符号整数，我们可以看到问题只有values从地址 0 开始才会存在，在这种情况下，指针会在递减后回绕并变为UINT_MAX。

为了可视化问题，让我们逐步了解发生了什么，假设values从地址 0x0 开始：

iteration 1: 
vp = 0x4, *vp = 0;

iteration 2:
vp = 0x3, *vp = 0;

iteration 3: 
vp = 0x2, *vp = 0;

iteration 4:
vp = 0x1, *vp = 0;

iteration 5:
vp = 0x0, *vp = 0;

iteration 6:
vp = 0xFFFFFFFF; *vp = ?? // uh oh!

因此，vp永远不会小于指针的最小值（即 0），并且会导致无限循环（假设所有内存都是可写的）或分段错误。

根据标准，它也是未定义的行为（因为您可以在数组之后处理一个元素，但不能在它之前处理），但实际上，这在任何实际系统上都不会失败。

Answer 3

int values[5];
size_t idx;

for(idx=5; idx-- > 0; ) {
   values[idx] = 0;
   }

乍一看这可能看起来很奇怪，但一旦你习惯了它，它就会成为一个很好的模式。

• 你避免了指针值的（可能的）下溢（这是严格未定义的）
• 您不能下溢，无符号类型（例如 size_t）会回绕，这肯定会导致非法访问，这比偷偷摸摸的低位寻址更可取，后者会破坏内存而不是快速失败。
• WRT 提高速度/性能：从编译器的角度来看，指针和索引基本相同。编译器甚至可以为这两种情况生成相同的代码。

顺便说一句：如果您坚持使用指针，则可以执行以下操作：

int *vp, values[5];

for(vp = &values[5-1]; vp ; vp = (vp > &values[0]) ? vp-1 : NULL; ) {
   *vp = 0;
   }