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对于数组,为什么会出现 a[5] == 5[a] 的情况?

Frederik 1月前

62 0

正如 Joel 在 Stack Overflow 播客 #34 中指出的那样,在 C 编程语言(又名:K & R)中,提到了 C 中数组的这个属性:a[5] == 5[a]Joel 说这是因为指针

Stack Overflow 播客 #34 中指出的那样 ,在 C 编程语言 (又名:K&R)中提到了 C 中数组的这一属性: a[5] == 5[a]

Joel 说这是因为指针运算,但我还是不明白。 Why does a[5] == 5[a]

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  • 像 a[+] 这样的东西是否也能像 *( a++) 或 *(++a) 一样工作?

  • uniQ 1月前 0 只看Ta
    引用 3

    @EldritchConundrum,你为什么认为“编译器无法检查左边部分是否是指针”?是的,它可以。确实如此

  • C 标准对该 [] 运算符的定义如下:

    a[b] == *(a + b)

    因此 a[5] 将评估为:

    *(a + 5)
    

    并将 5[a] 评估为:

    *(5 + a)
    

    a 是指向数组第一个元素的指针。 a[5] 距离 元素 的值 a ,与 相同 *(a + 5) ,并且从小学数学我们知道它们是相等的(加法是 commutative )。

  • 我想知道它是否更像 *((5 * sizeof(a)) + a)。不过解释得很好。

  • @Dinah:从 C 编译器的角度来看,您说得对。不需要 sizeof,我提到的那些表达式是相同的。但是,编译器在生成机器代码时会考虑 sizeof。如果 a 是一个 int 数组,则 a[5] 将编译为类似 mov eax, [ebx+20] 而不是 [ebx+5]

  • @Dinah:A 是一个地址,比如 0x1230。如果 a 是 32 位 int 数组,那么 a[0] 位于 0x1230,a[1] 位于 0x1234,a[2] 位于 0x1238...a[5] 位于 x1244 等等。如果我们只是将 5 加到 0x1230,我们会得到 0x1235,这是错误的。

  • @sr105:这是 + 运算符的一个特例,其中一个操作数是指针,另一个是整数。标准规定结果将是指针的类型。编译器必须足够聪明。

  • asha 1月前 0 只看Ta
    引用 9

    \'从小学数学我们知道它们是相等的\' - 我知道你在简化,但我和那些觉得这过于简单化的人站在一起。*(10 + (int *)13) != *((int *)10 + 13) 并不简单。换句话说,这里发生的事情比小学算术还要多。交换性主要依赖于编译器识别哪个操作数是指针(以及指向多大尺寸的对象)。换句话说,(1 个苹果 + 2 个橙子) = (2 个橙子 + 1 个苹果),但 (1 个苹果 + 2 个橙子) != (1 个橙子 + 2 个苹果)。

  • 因为数组访问是根据指针定义的。 a[i] 定义为 *(a + i) ,它是可交换的。

  • 我要添加\'所以它等于*(i + a),可以写成i[a]\'。

  • 引用 12

    我建议您引用标准中的引文,如下所示:6.5.2.1:2 后缀表达式后跟方括号 [] 中的表达式是数组对象元素的下标指定。下标运算符 [] 的定义是 E1[E2] 与 (*((E1)+(E2))) 相同。由于适用于二进制 + 运算符的转换规则,如果 E1 是数组对象(等效地,指向数组对象的初始元素的指针)并且 E2 是整数,则 E1[E2] 指定 E1 的第 E2 个元素(从零开始计数)。

  • 引用 13

    挑剔:说“*(a + i) 是可交换的”是没有意义的。但是,*(a + i) = *(i + a) = i[a],因为加法是可交换的。

  • 引用 14

    @AndreasRejbrand OTOH + 是表达式中唯一的二元运算符,因此很清楚什么可以交换。

  • 我认为其他答案遗漏了一些内容。

    是的, p[i] 根据定义,等价于 *(p+i) ,因为加法是可交换的,所以等价于 *(i+p) ,而(同样,根据运算符的定义 [] )等价于 i[p] .

    (并且在中 array[i] ,数组名称被隐式转换为指向数组第一个元素的指针。)

    但在这种情况下,加法的交换性并不是那么明显。

    当两个操作数属于同一类型,或者甚至是提升为通用类型的不同数字类型时,交换性就完全有意义了: x + y == y + x .

    但在这种情况下,我们专门讨论指针运算,其中一个操作数是指针,另一个是整数。(整数 + 整数是不同的运算,指针 + 指针是无意义的。)

    C 标准对该 + 运算符的描述( N1570 6.5.6)如下:

    对于加法,两个操作数都必须具有算术类型,或者一个操作数必须是指向完整对象类型的指针,而另一个操作数必须是整数类型。

    它也同样可以这么说:

    对于加法,两个操作数都必须具有算术类型,或者操作数必须是指向完整对象类型的指针,而 右操作数 必须是整数类型。

    在这种情况下和 i + p 都是 i[p] 非法的。

    用 C++ 术语来说,我们实际上有两组重载 + 运算符,可以大致描述为:

    pointer operator+(pointer p, integer i);
    

    pointer operator+(integer i, pointer p);
    

    其中只有第一个是真正必要的。

    那么为什么会这样呢?

    C++ 从 C 继承了这个定义,而 C 又从 B 中得到这个定义(数组索引的交换性在 1972 年的《 B 用户参考》 中得到 BCPL 这个定义,而 BCPL 很可能从更早的语言(CPL?Algol?)中得到这个定义。

    因此,数组索引是根据加法来定义的,并且加法(即使是指针和整数)也是可交换的,这种想法可以追溯到几十年前,即 C 的祖先语言。

    这些语言的类型远不如现代 C 语言强。特别是,指针和整数之间的区别经常被忽略。(在将关键字 unsigned 添加到语言之前,早期的 C 程序员有时将指针用作无符号整数。)因此,由于操作数的类型不同而使加法不可交换的想法可能不会出现在这些语言的设计者身上。如果用户想要将两个“东西”相加,无论这些“东西”是整数、指针还是其他东西,语言都无权阻止它。

    多年来,对该规则的任何改变都会破坏现有代码(尽管 1989 年 ANSI C 标准可能是一个很好的机会)。

    改变 C 和/或 C++ 以要求将指针放在左边,将整数放在右边可能会破坏一些现有代码,但不会有真正的表达能力的损失。

    因此,现在我们有了 arr[3] 和, 3[arr] 它们的含义完全相同,尽管后者的形式不应该出现在 之外 IOCCC .

  • 引用 16

    对此属性的描述非常精彩。从高层次来看,我认为 3[arr] 是一个有趣的神器,但应该很少使用。我前段时间问过这个问题 (<.com/q/1390365/356>),这个答案改变了我对语法的看法。虽然从技术上讲,做这些事情通常没有正确和错误的方法,但这些功能会让你开始以一种与实现细节无关的方式思考。这种不同的思维方式是有好处的,当你专注于实现细节时,这种好处就会部分消失。

  • 加法是可交换的。如果 C 标准以其他方式定义它,那就太奇怪了。这就是为什么不能简单地说“对于加法,两个操作数都应具有算术类型,或者左操作数应为指向完整对象类型的指针,而右操作数应为整数类型。”——这对大多数做加法的人来说毫无意义。

  • @iheanyi:加法通常是可交换的——而且它通常需要两个相同类型的操作数。指针加法允许你将一个指针和一个整数相加,但不能将两个指针相加。恕我直言,这已经是一个足够奇怪的特殊情况,要求指针作为左操作数不会是一个很大的负担。(有些语言使用 \'+\' 进行字符串连接;这当然不是可交换的。)

  • gl03 1月前 0 只看Ta
    引用 19

    @supercat,这更糟糕。这意味着有时 x + 1 != 1 + x。这将完全违反加法的结合律。

  • KAD 1月前 0 只看Ta
    引用 20

    @iheanyi:我认为您指的是交换律;加法已经不具有结合性,因为在大多数实现中 (1LL+1U)-2 != 1LL+(1U-2)。事实上,这种改变将使一些目前不具有结合性的情况具有结合性,例如 3U+(UINT_MAX-2L) 等于 (3U+UINT_MAX)-2。不过,最好的办法是让语言为可提升的整数添加新的不同类型并“包装”代数环,这样将 2 添加到保存 65535 的 ring16_t 上将产生一个值为 1 的 ring16_t,与 int 的大小无关。

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