c 中的内存是如何分配的，为什么两个连续的内存之间的差异总是 4？

Question

#include <stdio.h>
#include <cs50.h>

int main (void)
{
    int *x;
    x = malloc(sizeof(long long)*3);
    scanf("%i %i %i",x, (x+1), (x+2));
    printf("%i\t %i\t %i\n",(int)x, (int)(x+1), (int)(x+2));
    printf("%i\t %i\t %i\n",*x, *(x+1), *(x+2));
    free(x);
}

这个程序对于输入 12,2,3 的输出是：

43171856         43171860        43171864
12       2       3

所以，我的问题是为什么地址之间的差异在每种情况下都是 4， 如果*x 指向43171856 那么*(x+1) 应该指向4317185 而不是43171860？ sizeof(long long) 也是 8 字节，所以分配的内存如何在 4 字节之间分配 8 字节在 43171856 和 43171860 之间。

Answer 1

首先，在你的代码中

 printf("%i\t %i\t %i\n",(int)x, (int)(x+1), (int)(x+2));

调用实现定义的行为，因为您试图将指针强制转换为整数。

如果要打印指针

• 使用%p 格式说明符
• 将参数转换为void *。

---

也就是说，指针算术尊重数据类型。您已将 x 声明为指向 int 的指针，因此任何指针算法都将基于 sizeof(int)，无论在您的平台上计算为什么。

引用C11，第 §6.5.6/P8 章，（强调我的）

当一个整数类型的表达式被添加到指针或从指针中减去时， 结果具有指针操作数的类型。 如果指针操作数指向一个元素 一个数组对象，并且数组足够大，结果指向一个元素的偏移量 原始元素使得结果和原始的下标的差异 数组元素等于整数表达式。换句话说，如果表达式P 指向 数组对象的i-th 元素，表达式(P)+N（等效于N+(P)）和 (P)-N（其中N 的值为n）分别指向i+n-th 和i−n-th 元素 数组对象，前提是它们存在。 [....]

在你的代码中，你写了

 x = malloc(sizeof(long long)*3);

这是错误的。在这种的情况下，你可能更安全，因为sizeof(long long) 是>= sizeof(int)，但对于任何任意类型都不是这样。

• 最好的情况：你最终会浪费内存。
• 最坏的情况：您最终会访问超出范围（无效）的内存。

写这个的更好和首选的方式是

 x = malloc(sizeof*x * 3);   //sizeof is not a function :)

然后，检查malloc() 是否成功。这会分配所需的确切内存量，不多也不少。

Answer 2

这是 C 中真正令人困惑的位之一：x+1，当x 具有指针类型时，将x 的数值增加sizeof(*x)，不 增加1 .

必须如此，因为对于任何指针类型T *x，x+1 与&x[1] 相同。 &x[1] 是x 指向的伪数组中第二个T 的地址。因此x+1 的数值必须等于x 的数值加上sizeof(T)，在你的例子中是4。

malloc 同时不知道你通过了3*sizeof(long long)。它看到malloc(24)，它给你24个字节，（在你的平台上）是六个ints。您只使用前三个，这很好，只是浪费了一点内存。你可能打算写3*sizeof(int)。

Answer 3

您使用的 int* 通常是 32 位，因此是 4 个字节。 尝试使用 long long *x 代替？ 正如你所说，分配的 8*3 字节只使用了其中的 4*3 字节。 每个偏移量，即 (x+1) 仅偏移一个 int 的大小。

Answer 4

C 2011 Online Draft

6.3.2.1 左值、数组和函数指示符
...
3 除非它是 sizeof 运算符、_Alignof 运算符 或 一元 & 运算符，或者是用于初始化数组的字符串文字，具有 type ''array of type'' 被转换为类型为''pointer to type'' 的表达式，它指向 到数组对象的初始元素并且不是左值。如果数组对象有 注册存储类，行为未定义。

在大多数情况下，“T 的数组”类型的 表达式 将被转换（“衰减”）为“指向 T 的指针”的表达式，并且表达式将是数组第一个元素的地址。

AFAIK，_Alignof 运算符子句是在线草案中的错误，已在官方™ 中更正，而不是免费提供的标准，这就是上面引用中删除它的原因。

6.5.2 数组下标
...
2    后缀表达式后跟方括号中的表达式 <strong>[]</strong> 是下标 指定数组对象的元素。下标运算符[]的定义 是 E1[E2] 与 (*((E1)+(E2))) 相同。由于转换规则 适用于二元 + 运算符，如果 E1 是一个数组对象（等效地，指向 数组对象的初始元素）并且 E2 是整数，E1[E2] 指定 E2-th E1 的元素（从零开始计数）。

给定一个T 类型的数组a 和一个整数i，表达式a[i] 等价于（定义为）*(a + i) - 给定地址a，偏移量i T 类型的>元素（不是字节）并取消引用结果。

如果a 是一个数组或指针表达式，而i 是一个整数表达式，那么a[i] 和i[a] 将产生相同的结果。

6.5.6 加法运算符
...
8    将整数类型的表达式添加到指针或从指针中减去时，结果具有指针操作数的类型。如果指针操作数指向数组对象的元素，并且数组足够大，则结果指向与原始元素偏移的元素，使得结果和原始数组元素的下标之差等于整数表达式。换句话说，如果表达式 P 指向 数组对象的第 i 个元素，表达式 <strong>(P)+N</strong>（等效于 <strong>N+(P)</strong>）和 <strong>(P)-N</strong>（其中<strong>N</strong> 的值为n）分别指向i+n-th 和i -n-数组对象的第一个元素，前提是它们存在。此外，如果表达式<strong>P</strong> 指向最后一个 数组对象的元素，表达式<strong>(P)+1</strong> 指向数组对象的最后一个元素，如果表达式<strong>Q</strong> 指向数组对象的最后一个元素，则表达式<strong>(Q)-1</strong> 指向最后一个元素数组对象。如果指针操作数和结果都指向同一个数组对象的元素，或者超过数组对象的最后一个元素，则计算不应产生溢出；否则， 行为未定义。如果结果指向数组对象的最后一个元素，则不应将其用作评估的一元 * 运算符的操作数。

如果p 是一个指向T 类型对象的指针，那么表达式p + 1 会产生该类型的下一个对象 的地址。如果sizeof (T) 为1，则p + 1 将地址加1。如果sizeof (T) 为4，则p + 1 将4 添加到地址。

类似地，表达式++p 和p++ 前进p 以指向T 类型的下一个对象。