连续数组

Question

我很好奇C18标准中的一句话：

两个指针比较相等当且仅当它们都是空指针，都是指向同一个对象的指针（包括指向一个对象的指针和它开头的子对象）或函数，都是指向同一数组最后一个元素之后的指针对象，或者一个是指向一个数组对象末尾的指针，另一个是指向另一个数组对象开头的指针，该对象恰好紧跟地址空间中的第一个数组对象。§ 6.5.9 6

为什么数组后面的对象必须是另一个数组？不能简单地成为与数组基类型相同类型的对象（例如int紧跟在 之后的int[]）？

难怪我试过这个代码：

#include <stdio.h>

struct test { int arr[10]; int i; };

int main() {
    struct test t;
    int *p, *q;
    p = t.arr + 10;
    q = &t.i;
    if (p == q)
        printf("Equal pointers.");
    return 0;
}

它产生相等的指针。这种行为是否根本没有保证，只是实现定义的巧合？

Answer 1

OP：为什么数组后面的对象必须是另一个数组？

它不是。“...开始不同的数组...”是一种简化。下一个规范是：

对于这些运算符而言，指向不是数组元素的对象的指针的行为与指向长度为 1 的数组的第一个元素的指针的行为相同，该数组的元素类型为对象的类型。C17dr § 6.5.9 7

OP：不能简单地是一个类型与数组基本类型相同的对象（比如int紧跟在 之后的int[]）？

是的。

Answer 2

首先，在此处指定数组并不排除/禁止单个对象。内存中的单个对象与大小为 1 的数组无法区分。

（编辑：阅读此答案以获取标准中的引文，该标准在提及指针时明确说明了这一点）

其次，该标准还试图澄清您引用的声明，以下脚注指出了该规则适用的场景：

两个对象可以在内存中相邻，因为它们是更大数组的相邻元素或结构的相邻成员，它们之间没有填充，或者因为实现选择这样放置它们，即使它们不相关。

综上所述，标准在这里试图说明的是，一般而言，指向不同对象的两个指针不应该比较相等。然而，由于在内存中指向一个数组对象之外的对象是合法的，如果在那个位置碰巧有一个不同的（数组）对象，这样的指针与指向相邻对象的指针进行比较仍然是合法的。现在，由于对齐选择和填充，此位置可能有也可能没有有效对象，但如果有，则这些指针比较相等是可以接受的。

在您的示例中，如果我将数组更改为字符，则指针可能比较不相等，因为编译器会选择将 int 对齐到 4 个字节（在大多数 32 或 64 位平台上），从而引入填充。根据标准，这种行为仍然是合法的。

#include <stdio.h>

struct test { char arr[10]; int i; };

int main() {
    struct test t;
    int *p, *q;
    p = (int*)(t.arr + 10);
    q = &t.i;
    if(p == q)
      printf("Equal pointers.");
    else
      printf("Unequal pointers.");
    return 0;
}