使用 char* 在 C++ 中进行指针运算

Question

我无法理解这两个代码 sn-ps 之间的区别是什么：

// out is of type char* of size N*D
// N, D are of type int


for (int i=0; i!=N; i++){
    if (i % 1000 == 0){
        std::cout << "i=" << i << std::endl;
    }
    for (int j=0; j!=D; j++) {
        out[i*D + j] = 5;
    }
}

此代码运行良好，即使对于非常大的数据集（N=100000，D=30000）也是如此。根据我对指针运算的理解，这应该给出相同的结果：

for (int i=0; i!=N; i++){
    if (i % 1000 == 0){
        std::cout << "i=" << i << std::endl;
    }
    char* out2 = &out[i*D];
    for (int j=0; j!=D; j++) {
        out2[j] = 5;
    }
}

但是，对于一个非常大的数据集，后者不起作用（它在索引 143886 处冻结 - 我认为它存在段错误，但我不能 100% 确定，因为我不习惯在 Windows 上开发）恐怕我遗漏了一些关于指针算术如何工作的明显内容。会不会和推进char*有关？

编辑：我们现在已经确定问题是索引溢出（即 (i*D + j) >= 2^32），因此使用 uint64_t 而不是 int32_t 解决了问题.我仍然不清楚的是为什么上面的第一个案例会运行，而另一个案例会出现段错误。

Answer 1

当使用 N 作为数组的大小时，为什么使用 int？ 数组的负值有什么逻辑意义吗？

“不工作”是什么意思？

只需将指针视为内存中的地址，而不是“对象”。

char* 
void*
int*

都是指向内存地址的指针，因此在定义或传入函数时完全相同。

char * a;
int* b = (char*)a;
void* c = (void*)b;

a == b == c;

不同的是，在访问a时，a[i]，取回的值是从地址a开始的下一个sizeof(*a)个字节。

当使用 ++ 前进指针时，指针设置的地址会前进

sizeof(pointer_type) bytes.

例子：

char* a = 1;
a++;

a 现在是 2。

((int*)a)++;

a 现在是 6。

另一件事：

char* a = 10;
char* b = a + 10;

&(a[10]) == b

因为最终

a[10] == *((char*)(a + 10))

所以您的示例中的数组大小应该没有问题，因为这两个示例是相同的。

编辑

现在请注意，没有负的内存地址，因此访问带符号负值的数组会将值转换为正值。

int a = -5;
char* data;
data[a] == data[MAX_INT - 5]

出于这个原因，可能是（当使用符号值作为数组大小时！）您的两个示例实际上不会得到相同的结果。

Answer 2

版本 1

for (int i=0; i!=N; i++) // i starts at 0 and increments until N.  Note:  If you ever skip N, it will loop forever.  You should do < N or <= N instead
{
    if (i % 1000 == 0) // if i is a multiple of 1000
    {
        std::cout << "i=" << i << std::endl; // print i
    }

    for (int j=0; j!=D; j++) // same as with i, only j is going to D (same problem, should be < or <=)
    {
        out[i*D + j] = 5; // this is a way of faking a 2D array by making a large 1D array and doing the math yourself to offset the placement
    }
}

第 2 版

for (int i=0; i!=N; i++) // same as before
{
    if (i % 1000 == 0) // same as before
    {
        std::cout << "i=" << i << std::endl; // same as before
    }

    char* out2 = &out[i*D]; // store the location of out[i*D]
    for (int j=0; j!=D; j++) 
    {
        out2[j] = 5; // set out[i*D+j] = 5;
    }
}

它们在做同样的事情，但如果 out 不够大，它们都会以未定义的方式运行（并且可能会崩溃）。

Answer 3

N * D 是 3e9；不适合 32 位 int。