C 编译器——Multidim 数组的间接寻址答案

【问题标题】：C Compilers -- Indirection with Multidim ArraysC 编译器——Multidim 数组的间接寻址
【发布时间】：2021-11-25 11:36:51
【问题描述】：

根据定义，在每个 C 标准中，x[y] 等价于（并且经常编译为）*((x)+(y))。此外，数组的名称被转换为它的地址运算符——所以如果 x 是一个数组，它将是 *((&(x))+(y))

因此，对于多维数组，x 作为二维数组，x[y][z] 将等价于 (((&(x))+(y))+( z))

在我正在研究的小型玩具 C 编译器中，这无法生成正确的代码，因为它试图在每个 * 指令处间接访问指向的地址——这适用于单维数组，但适用于多维它会导致类似（在模糊的汇编伪代码中）

load &x; add y; deref; add z; deref

其中 deref 是在前一个计算的地址加载值的指令——因为这就是间接运算符的工作方式？？

但是，这会产生错误的代码，因为我们应该处理一个地址，只在最后解除引用。我假设我缺少规范中的某些内容？

【问题讨论】：

"数组名转换为地址操作符" 不可以。你可以说x被转换为&x[0]，比较的类型不同到&x。
数组在用作 L 值时不会转换为指针，仅用作 R 值。
deref 的作用取决于类型，您必须检测到这一点。一般来说，是的，deref() { if simple pointer; then deref; if array; then only remove one dimension from type and don't change the value, if pointer to function, then do nothing }
Aa还有&*是空操作的情况，所以你必须检查下一个操作是否是&然后什么都不做，例如。

标签： arrays c multidimensional-array compiler-construction code-generation

【解决方案1】：

数组的名字被转换成一个地址操作符给它

没有。可以说x 转换为&x[0]，与&x 相比具有不同的类型。

假设您有T a[M][N];，则执行a[x][y] 会执行以下操作：

a 转换为T (*)[N] 类型的临时指针，指向第一个数组元素。
这个指针增加了x * sizeof(T[N])，即x * N * sizeof(T)。
指针被取消引用，给你一个T[N]类型的值。
结果被转换为T *类型的临时指针。
指针增加y * sizeof(T)。
最后，指针被取消引用以产生T类型的值。

请注意，数组本身（多维或非多维）不存储任何指向自身的指针。当转换为指针时，生成的指针是即时计算的。

【讨论】：

这给出了相同的结果？我认为我的问题可能更多在于间接运算符应该输出什么？它应该有更复杂的逻辑来检测这个吗？因为当 T(*)[N] 被取消引用时，它会将 T(*[N]) 视为一个指针并试图获取该地址的值？
@PopeyeOtaku 您在问“为什么 2 个取消引用而不是 1 个”，答案是“因为有 2 个临时指针”。 “它应该有更复杂的逻辑吗” 不，这里没有复杂的逻辑，除了数组在传递给[] 时被隐式转换为指向其第一个元素的指针。
"当 T()[N] 被取消引用时，它将 T([N]) 视为指针并尝试获取该地址处的值" 取消引用的结果类型为T[N]。当它被转换为指针时（在第二次添加之前），生成的指针是动态计算的，而不是从某个内存位置获取..

【解决方案2】：

因此，对于多维数组，x 作为二维数组，x[y][z] 将等价于 (((&(x))+(y))+(z))

不，二维数组是数组的数组。所以*((x)+(y)) 给了你那个数组，x 衰减成一个指向第一个元素的指针，然后取消引用它给你数组号y。

这个数组也“衰减”成第一个元素的指针，所以你得到：

( (*((x)+(y))) + (z) )

当成为表达式的一部分时，数组总是衰减为指向它的第一个元素的指针。除了少数例外，即& 地址和sizeof 运算符。为什么像在伪代码中那样输入& 只是令人困惑。

一个实际的例子是：

int arr[x][y];
for(size_t i=0; i<x; i++)
  for(size_t j=0; j<y; j++)
    arr[i][j] = ...

在表达式arr[i][j] 中，[] 只是指针运算的“语法糖”（请参阅Do pointers support "array style indexing"?）。
所以我们得到*((arr)+(i))，其中arr 被衰减为指向第一个元素类型的指针int(*)[y]。
对该数组指针类型的指针算术产生数组编号i，类型为int [y]。
再说一次，这个有数组衰减，因为它也是表达式的数组部分。我们得到一个指向第一个元素的指针，输入int*。
int* + j 的指针运算给出整数的地址，然后最终取消引用以给出实际的int。

【讨论】：

【解决方案3】：

所以，对于一个多维数组，x 作为一个二维数组，x[y][z] 相当于 (((&(x))+(y))+(z))

你错了。表达式 x[y][z] 的计算方式如下：

*( *( x + y ) + z )

这是一个演示程序：

#include <stdio.h>

int main(void) 
{
    enum { M = 3, N = 3 };
    int a[M][N] =
    {
        { 1, 2, 3 },
        { 4, 5, 6 },
        { 7, 8, 9 }
    };
    
    for ( size_t i = 0; i < M; i++ )
    {
        for ( size_t j = 0; j < N; j++ )
        {
            printf( "%d ", *( *( a + i ) + j ) );
        }
        putchar( '\n' );
    }

    return 0;
}

它的输出是：

1 2 3 
4 5 6 
7 8 9

表达式中使用的数组指示符（极少数例外）被隐式转换为指向其第一个元素的指针。

所以如果你有一个数组声明如下：

int a[M][N];

然后数组指示符a 被转换为指向其第一个元素（“行”）的指针。数组元素的类型是 int[N]。所以指向此类对象的指针的类型为int ( * )[N]。

如果您希望指针指向数组的i-th 元素，您需要编写表达式a + i。取消对表达式的引用，您将获得第 i 行（一维数组），而在表达式中使用的第 i 行又被转换为指向其第一个元素的指针。

所以表达式a + i 的类型为int ( * )[N]。

表达式*( a + i ) 的类型为int[N]，它立即隐式转换为int * 类型的指针，指向其封闭表达式中的第一个元素。

表达式*( a + i ) + j 指向二维数组“行”的j-th 元素。取消引用表达式*( *( a + i ) + j )，您将获得数组i-th 行的j-th 元素。

【讨论】：