operator[] 的负索引是否定义明确？答案

【问题标题】：Is negative index for operator[] well defined?operator[] 的负索引是否定义明确？
【发布时间】：2015-11-11 04:55:36
【问题描述】：

我知道这将是非常糟糕的编码风格，但以下代码在我的机器上完美运行。但是行为是否明确定义？便携吗？

int main()
{
    int *p = new int[3];
    int *q = &p[2];
    q[-1] = 41;
    std::cout << p[1];
    delete[] p;
}

【问题讨论】：

只是记忆中的餐巾纸回答，但我相信 foo[x] 在标准中被定义为与 *(foo + x) 完全等价，其中 x 是整数类型，而 foo 是指针，所以我认为在后面的任何地方都是合法的。
不要在 C++ 中这样做。如果我看到thing[-1]，我会想“哦，我可以很好地阅读最后一个元素”——比如 Python，而不是“它是指之前的东西”
@AlecTeal 这真的不是禁止这样做的好理由。如果我们禁止每一个误导性地类似于另一种流行语言的形式的表达，那么就什么都没有了。我们甚至无法编写 IF 语句，因为它们看起来很像 Fortan II 的算术 IF。
@SteveCox 你是对的。未来的程序员将使用它。
你是否重载了一个操作符？

标签： c++ operator-overloading language-lawyer

【解决方案1】：

这在句法和语义上都有很好的定义。

[expr.sub]/1 (N3337):

表达式E1[E2] 与*((E1)+(E2)) 相同（根据定义）。

所以你的表达式和*(q-1) = 41;一样，所以在语法上是有效的。

[expr.add]/5 (N3337)

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积分表达式。

由于q 指向一个数组对象的元素，该元素的大小对您的整数表达式来说是有效的，因此它在语义上是有效的。

【讨论】：

@immibis 我决定不提这个问题，因为这个问题是关于负指数的有效性；间接是独立的，尽管它显然与第二个引用中定义的结果有关。如果添加有关间接的信息会对 OP 有所帮助，我很乐意添加它，但我认为没有必要。

【解决方案2】：

是的，它定义明确。内置operator[] 是根据指针算法定义的。这个：

p[N]

其中p 是指针，N 是整数，等价于：

*(p + N)

一个有趣的结果是：

N[p]

也是等价的，因为加法是可交换的。

【讨论】：

后面的例子假设使用了内置的下标操作符。
@black：前者也是如此。我在帖子的顶部提到了这一点。
不确定我是否称它为“up”-shot。 ;-p N[p] 有用吗？

【解决方案3】：

根据 C++ 标准（5.2.1 下标）

1 后缀表达式后跟方括号中的表达式是后缀表达式。其中一个表达式应具有类型 “T 数组”或“指向 T 的指针”，另一个应为无范围的枚举或整数类型。结果是“T”类型。方式 “T”应是完全定义的对象类型。65 表达式 E1[E2] 与 *((E1)+(E2)) 相同（根据定义）...

因此，只要表达式 *((E1)+(E2)) 的结果格式正确，您就可以使用任何整数类型，包括类型 int 和相应的负值。

考虑到对于用户定义的类型，您可以使用大括号初始化列表作为索引。例如

#include <iostream>

class Point
{
public:    
    Point( int x, int y ) : x( x ), y( y ) {}
    int x, y;
};

class Circle
{
public:    
    Circle( unsigned int r ) : r( r ) {}

    Circle & operator []( Point p )
    {
        std::cout << "Drawing a circle at ( " << p.x << ", " << p.y << " )\n";
        return *this;
    }

    unsigned int r;
};        

int main()
{
    Circle circle( 10 );

    circle[ { 0, 0 } ];
}

程序输出是

Drawing a circle at ( 0, 0 )

【讨论】：

【解决方案4】：

索引运算符x[idx] 等于(*(x +idx))，是的idx 可能是负数。但是，您必须确保取消引用的指针指向一个有效的内存地址。

请注意，我们可以用多种方式重写它（就像代数一样）。

x[idx] = (*(x +idx)) = (*(idx + x)) = idx[x]

【讨论】：

【解决方案5】：

只要您不尝试取消引用p 指向的数组边界之外的指针，这绝对没问题。

此外，您可以将指针 q 设置为数组的任何元素，此外，还可以将指针设置为数组后面的一个元素。（但不要试图取消引用座位末端的元素。）

别忘了在函数结束时delete[] p;。

【讨论】：

【解决方案6】：

它非常安全和便携。您只是使用指针算法来寻址new 运算符分配的内存。

您的代码相当于：

int* p = new int[3];
int* q = p + 2;
*(q-1) = 41;

【讨论】：