c - 取消引用指针和访问数组元素之间的区别

Question

我记得有一个例子演示了指针和数组之间的区别。

当作为函数参数传递时，数组衰减为指向数组中第一个元素的指针，但它们并不等效，如下所示:

//file file1.c

int a[2] = {800, 801};
int b[2] = {100, 101};

//file file2.c

extern int a[2];

// here b is declared as pointer,
// although the external unit defines it as an array
extern int *b; 

int main() {

  int x1, x2;

  x1 = a[1]; // ok
  x2 = b[1]; // crash at runtime

  return 0;
}

链接器不会对外部变量进行类型检查，因此在编译时不会产生错误。问题是 b 实际上是一个数组，但是编译单元 file2 并不知道这一点并将 b 视为指针，导致尝试取消引用时发生崩溃。

我记得当时有人对此进行解释时它非常有道理，但现在我不记得解释了，也无法自己想出来。

所以我想问题是在访问元素时数组与指针的处理方式有何不同？ (因为我认为 p[1] 被转换为(汇编等价物)*(p + 1) 而不管 p 是否是一个数组或指针——我显然错了)。

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两次解引用生成的程序集(VS 2013):
注意:1158000h和1158008h分别是a和b的内存地址

    12:   x1 = a[1];
0115139E  mov         eax,4  
011513A3  shl         eax,0  
011513A6  mov         ecx,dword ptr [eax+1158000h]  
011513AC  mov         dword ptr [x1],ecx  
    13:   x2 = b[1];
011513AF  mov         eax,4  
011513B4  shl         eax,0  
011513B7  mov         ecx,dword ptr ds:[1158008h]  
011513BD  mov         edx,dword ptr [ecx+eax]  
011513C0  mov         dword ptr [x2],edx  

Answer 1

感谢@tesseract 在评论中提供的链接:Expert C Programming: Deep C Secrets (第 96 页)，我想出了一个简单的答案(书中解释的简单简化版本；要获得完整的学术答案，请阅读本书):

• 声明 int a[2] 时:
  • 编译器为a 提供了一个存储该变量的地址。这个地址也是数组的地址，因为变量的类型是数组。
  • 访问 a[1] 意味着:
    • 检索该地址，
    • 添加偏移量和
    • 访问这个计算出的新地址的内存。
• 声明 int *b 时:
  • 编译器也有一个b的地址，但这是指针变量的地址，而不是数组。
  • 因此访问 b[1] 意味着:
    • 检索该地址，
    • 访问该位置以获得b的值，即数组的地址
    • 给这个地址加上一个偏移量然后
    • 访问最终的内存位置。