为什么指针可以指向超出有效对象的一个位置？答案

【问题标题】：Why is pointing one position beyond a valid object acceptable for pointers?为什么指针可以指向超出有效对象的一个位置？
【发布时间】：2020-07-23 12:51:42
【问题描述】：

在 Jens Gustedt 的教科书“Modern C”中，我读到了“指针必须指向有效对象或超出有效对象的一个位置或为空。”的指针。为什么指向有效对象之外的一个位置是可以接受的？例如：

int array[5] = {0};
int* p = array;
p = array + 5 // points to a valid location
p = array + 6 // points to an invalid location

【问题讨论】：

请引用教科书。我想读一读。
p = array + 5 // points to a valid location -- 不，它没有！
当迭代一个数组并后递增一个指针时，它允许最后一个元素被视为与其他元素相同，而无需对其进行特殊处理。指向一个超越，并不意味着它可以被取消引用。
@RobertSsupportsMonicaCellio：您指向的评论并没有这么说。该注释是在 p_a 指向结构成员而不是数组的上下文中，因此未定义 p_a+4。这与数组中的指针运算和最后一个元素之外的位置无关。
是的，@RobertSsupportsMonicaCellio。因此，对于任何左值x，都可以评估&x + 1，存储结果，并以多种方式使用它。这算作指向数组末尾后一个元素的指针。但对于许多——虽然不是全部——左值，计算&x + 2、&x + 3、等。有未定义的行为，你和 M.M.正在讨论其中一个案例。

标签： c pointers

【解决方案1】：

支持“一个超越最后一个”使处理数组更简单。例如，如果使用指向某个元素的指针 Start 调用函数，它可能需要准备结束指针 End 并使用如下循环：

for (ElementType *p = Start; p < End; ++p)

为此，End 必须是一个有效的指针。

我们可能会考虑将End 设置为要处理的最后一个元素，而不是超出它的一个元素，并使用：

for (ElementType *p = Start; p <= End; ++p)

但是，请注意，在处理完最终元素后，p 将递增到超越 End。然后，为了使p <= End 成为一个有效的表达式，p 必须是一个有效的指针。因此，我们需要能够在数组的最后一个元素之外进行地址算术运算。

【讨论】：

感谢您的回答，通过指针分配给位置“超出有效对象的一个位置”仍然被认为是无效的，对吧？
@Alex：是的，指针是有效的（它的值可以用于指针比较和算术），但是尝试访问（读取或写入）指针指向的内容不是由 C 定义的标准。

【解决方案2】：

您的代码 cmets 表达了可能的误解。与...

int array[5] = {0};
int* p = array;
p = array + 5 // points to a valid location

...p不指向一个有效的位置。对array + 5 求值是允许且定义明确的，这会产生p 可以存储的值，但任何取消引用该指针值的尝试都会导致未定义的行为。

p 的此类值有时可用作array 元素地址的排他上限，或用于向后索引array（严格为负索引），但您不能尝试访问价值本身。

相比之下，在这种情况下...

p = array + 6 // points to an invalid location

...p 不指向任何东西，至少可以通过分析代码确定。尝试计算表达式 array + 6 会产生未定义的行为，尤其是结果定义不明确。

【讨论】：

重新“指向一个有效的位置”：这里的术语有些松懈。 C 标准没有定义这个短语。可以使用“指向有效位置”来表示指针值已明确定义，但并不表示可以访问该位置的对象。
我不倾向于争论这一点，@EricPostpischil。我在此答案中关于和使用该短语的评论旨在解释 OP 对它的使用，并在上下文中反驳我认为它们最可能的含义。它们实际上可能意味着不同的东西，在这种情况下，我认为他们和我之间的含义差异会从上下文中清楚地显示出来。