在C语言中指针被认为是无符号值吗？

Question

有符号溢出是未定义的。无符号溢出定义为模算术。

所以我的问题是，以下是定义的还是未定义的：

#include <assert.h>
#include <cstdint>

struct X { int x;/* ... anything ... */ };

X array[3] = { 2, 3, 4 /* or other init values that is compatible with X */};
X* element = array + 1;

std::uintptr_t plus1 = 1;
std::uintptr_t minus1 = 0-plus1;


int main()
{
    printf("%p\n%p\n", element + plus1, array + 2);
    printf("\n");
    printf("%p\n%p\n", element + minus1, array);
    assert(element + plus1 == array + 2);
    assert(element + minus1 == array);
}

虽然我声明plus1/minus1，但我实际上是指任何 /-值。如果我理解正确，这应该可以工作。我说得对吗？

Answer 1

• std:：uintptr_t是一个无符号整数
• std:：intptr_t是一个有符号整数

因此定义了std:：uintpr_t的溢出，而std:：intptr_t的溢出导致UB。

此外，指针算法仅在数组内有效（指向数组末尾的1）。

minus1是std::uintptr_t可以容纳的最大数字。

从http://en.cppreference.com/w/cpp/language/operator_arithmetic

• 如果指针P指向数组的第i个元素，则表达式P n、n P和P-n是相同类型的指针，它们分别指向同一数组的第i n、i n和i n个元素。指针相加的结果也可能是一个过去式指针（即，指针P使得表达式P-1指向数组的最后一个元素）。任何其他情况（即，试图生成一个不指向同一数组的元素或过去式的指针）都会调用未定义的行为。

元素minss1与元素-1不同
元素minus1超出了数组的有效范围，因此导致UB。

Answer 2

指针算术只有在所涉及的指针保持在单个数组对象中或刚刚超过数组的末尾时才被很好地定义。所以从技术上讲，表达式元素minus1是未定义的行为——因为minus1是一个非常大的值，它运行在数组的末尾。

现在在实践中，这很可能是可行的，但在技术上还没有定义。

Answer 3

指针算法是在抽象机器中定义的。

在抽象机器中，ptr x仅当ptr存在于一个对象中，且其地址位于边的-x范围内时才有效。

这个抽象机器不关心指针或有符号或无符号整数的具体大小。在这个抽象机器中，有符号和无符号整数的值都是实整数或未指定的值。

minus1具有32位uintptr_t等于0xffffffff，一个大的正整数。

element是否指向一个足够大的对象，以至于0xffffffff*sizeof（X）之后它仍在该对象内？不，没有。

所以元素minus1是一个未定义的操作。任何事情都可能发生。

在您的硬件上，将指针算法简单地插入机器代码可能会导致它被包围。但依赖这一点并不安全。

一方面，优化器有时喜欢证明事物。如果他们证明元素大于数组的地址，那么对元素的无符号添加不可能使其等于数组。因此编译器可以将元素无符号值==数组优化为false。

如果您更改优化设置，升级编译器，或者完全无害的事情，如更改内联的位置，或其他内联的代码，或链接时优化的启发式，或月亮的相位变化，就会发生这种优化。

依赖它工作是危险的，即使它真的工作了，因为你现在负责审计的不是源代码，而是它生成的机器代码。