c - 在C中，是否保证数组起始地址小于其他元素的地址？

Question

换句话说当做

index = &array[x] - &array[0];

是否始终保证(根据 C 标准)&array[0] <= &array[x]，还是取决于编译器？ 与该主题相关的 C 标准章节有哪些？

Answer 1

地址顺序是有保证的。关系运算符的行为在 C11 6.5.8p5 中定义。 :

[...] pointers to array elements with larger subscript values compare greater than pointers to elements of the same array with lower subscript values. [...]

因此 &array[x] >= &array[0]如果 x 始终为真是元素的索引，或者比最大索引大一。 (如果 x 不是元素的索引，或者不是实际数组末尾后的索引，则行为未定义。)

但令人惊讶的是差异 &array[x] - &array[0]定义仅当

• x是元素的实际索引或大于数组中最大索引的一个 and
• x不大于 PTRDIFF_MAX

因为有一个特殊的极端情况:C11 6.5.6p9说

9 When two pointers are subtracted, both shall point to elements of the same array object, or one past the last element of the array object; the result is the difference of the subscripts of the two array elements. The size of the result is implementation-defined, and its type (a signed integer type) is ptrdiff_t defined in the <stddef.h> header. If the result is not representable in an object of that type, the behavior is undefined. In other words, if the expressions P and Q point to, respectively, the i-th and j-th elements of an array object, the expression (P)-(Q) has the value i-j provided the value fits in an object of type ptrdiff_t.[...]

如果签名ptrdiff_t与无符号 size_t 的宽度相同, 可以有一个存在索引 x 的数组大于 PTRDIFF_MAX ;然后&array[x] >= &array[0]仍然，但是&array[x] - &array[0]具有完全未定义的行为。

---

这是一个演示。我的计算机是运行 64 位 Ubuntu Linux 的 x86-64，但它也能够运行 32 位程序。在 32 位 X86 Linux + GCC 中，ptrdiff_t是一个 32 位有符号整数，size_t是 32 位无符号整数。在 64 位 Linux 中以 32 位模式运行的程序可以使用 malloc 轻松分配超过 2G 的内存，因为整个 4G 地址空间都保留给用户模式。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <inttypes.h>
#include <stddef.h>

int main(void) {
    size_t size = (size_t)PTRDIFF_MAX + 2;
    size_t x = (size_t)PTRDIFF_MAX + 1;
    char *array = malloc(size);
    if (! array) {
        perror("malloc");
        exit(1);
    }
    array[0] = 42;
    array[x] = 84;
    printf("&array[0]: %p\n", (void *)&array[0]);
    printf("&array[x]: %p\n", (void *)&array[x]);
    printf("&array[x] >= &array[0]: %d\n", &array[x] >= &array[0]);
    printf("&array[x] - &array[1]: %td\n", &array[x] - &array[1]);
    printf("&array[x] - &array[0]: %td\n", &array[x] - &array[0]);
    printf("(&array[x] - &array[0]) < 0: %d\n", (&array[x] - &array[0]) < 0);
}

然后为 32 位模式编译并运行:

% gcc huge.c -m32 -Wall && ./a.out 
&array[0]: 0x77567008
&array[x]: 0xf7567008
&array[x] >= &array[0]: 1
&array[x] - &array[1]: 2147483647
&array[x] - &array[0]: -2147483648
(&array[x] - &array[0]) < 0: 1

内存分配成功，起始地址为0x77558008，&array[x]在0xf7504008 , &array[x]大于 &array[0] .区别&array[x] - &array[1]产生了积极的结果，而 &array[x] - &array[0] ，由于其未定义的行为，现在产生了负面结果!