0

Недавно начал учить Си, в коде урока было следующее

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

int main(void)
{
int a[3][4] = { {1, 2, 3, 4} , {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};
int n = sizeof(a)/sizeof(a[0]);         // число строк
int m = sizeof(a[0])/sizeof(a[0][0]);   // число столбцов
 
int *final = a[0] + n*m - 1;    // указатель на самый последний элемент
for(int *ptr=a[0], i=1; ptr<=final; ptr++, i++)
{
    printf("%d \t", *ptr);
    // если остаток от целочисленного деления равен 0,
    // переходим на новую строку
    if(i%m==0)
    {
        printf("\n");
    }
}   
return 0;
}

тут указано

int *final = a[0] + n*m - 1;

что значит указатель final должен получить адрес последнего элемента двумерного массива, так оно и происходит. Но я решил проверить работает ли это со всеми способами указания адреса массива в указатель - ну т.е.

  • a;
  • a[0];
  • &a[0][0];

с последними двумя вопросов нет, они увеличивают адрес согласно коду ниже на 11 - как и должно быть, но вот в первом варианте адрес увеличивается на все 44, чего быть не должно по идее. Вопрос почему так происходит, и что более интересно как??? Если все они начинаются с одного адреса.

#include <stdio.h>

int main(void)
{

int a[3][4] = { {1, 2, 3, 4} , {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12} };
int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);         
int m = sizeof(a[0]) / sizeof(a[0][0]);

printf("size of a = %d\n", sizeof(a));
printf("size of a[0] = %d\n", sizeof(a[0]));
printf("size of a[0][0] = %d\n", sizeof(a[0][0]));

printf("n = %d m = %d\n\n\n", n, m);

printf("address a = %p\n", a);                      //адрес первого элемента массива
printf("address a[0] = %p\n", a[0]);                //адрес первого элемента массива
printf("address a[0][0] = %p\n\n\n", &a[0][0]);     //адрес первого элемента массива

int* fin = a + n * m - 1;                           //(увеличивается не на 11 адресов а на 44 хотя начальный адрес у всех одинаковый)
int* fin1 = a[0] + n * m - 1;                       //адрес последнего элемента массива
int* fin2 = &a[0][0] + n * m - 1;                   //адрес последнего элемента массива

printf("fin: address %p \t value %d\n", fin, *fin);             //(увеличивается не на 11 адресов а на 44 хотя начальный адрес у всех одинаковый)
printf("fin1: address %p \t value %d\n", fin1, *fin1);          //адрес последнего элемента массива
printf("fin2: address %p \t value %d\n\n\n", fin2, *fin2);      //адрес последнего элемента массива

int* ptrd = a;
int diff = fin - ptrd;
printf("fin - ptrd = %d\n\n\n", diff);

for (int* ptr = a[0], i = 1; ptr <= fin2; ptr++, i++)
{
    printf("i = %d   ptr = %p   %d   ", i, ptr, *ptr);
    
    if (i % m == 0)
    {
        printf("\n");
    }
}

printf("\n\n");

for (int* ptr = a[0], i = 1; ptr <= fin; ptr++, i++)
{
    printf("i = %d   ptr = %p   %d   ", i,  ptr, *ptr);

    if (i % m == 0)
    {
        printf("\n");
    }
}

printf("\n\n\n");
return 0;
}
6
  • int занимает 4 байта в данном случае, поэтому и 44.
    – TigerTV.ru
    25 фев 2021 в 0:20
  • a + 11 == &a[0] + 11 == (char*)&a[0] + 11*sizeof(a[0]) == (char*)&a[0] + 11*4*sizeof(int) == (char*)&a[0] + 44*sizeof(int).
    – wololo
    25 фев 2021 в 0:48
  • @wololo, по-моему, Вы немного напутали. 11*4 это же уже и есть 11*sizeof(int), а так у Вас получается, что к адресу прибавляется 44*sizeof(int) == 44*4 == 176, вместо 44 как указал ТС.
    – V-Mor
    25 фев 2021 в 1:25
  • @wololo, подскажите, возможно я в виду малого опыта в программировании не понимаю этого - но откуда берется приведение типа к char если изначально я объявлял массив типа int? 25 фев 2021 в 4:22
  • @V-Mor, a[0] имеет тип int [4], поэтому sizeof(a[0]) == 4 * sizeof(int). Вот почему ... + 11*sizeof(a[0]) == ... + 11*4*sizeof(int). вместо 44 как указал ТС ТС имел ввиду, что 44 раза прибавляется sizeof(int), т.е. прибавляется 44 * 4 == 176 байт. Ну, и собственно пример — все адреса одинаковые.
    – wololo
    25 фев 2021 в 12:12

2 ответа 2

3

Арифметика указателей строится на том, что для

type * p

увеличение p на 1 означает переход к следующему элементу, т.е. увеличение значения на sizeof(type).

В ina a[3][4] тип a - указатель на int[4], так что в

 int* fin = a + n * m - 1;

к адресу a прибавляется 11*sizeof(int[4])=11*16=176, т.е. в байтах - смещение на 176 байт, в int'ах (fin - указатель на int) - на 176/4=44.

3
  • Проверил на других числах - логика работает, но почему "a" определяется как указатель если я определяю ее как массив? 25 фев 2021 в 4:54
  • @ReijiAkkerman потому что в Си массив - это указатель на первый элемент массива.
    – insolor
    25 фев 2021 в 5:11
  • Потому что что такое type[]? Массив типа type. Так что в int[][] что выступает типом массива? int[]...
    – Harry
    25 фев 2021 в 5:41
3

Арифметика указателей

К указателям можно прибавлять, вычитать целочисленные значения. Смысл таких операций состоит в следующем.

Если P — указатель, который указывает на i-тый элемент массива из n элементов (или гипотетический элемент, следующий непосредственно за последним элементом массива), и j — некоторое целочисленное значение, то указатель P + j указывает на i+j-тый элемент массива (или гипотетический элемент, следующий непосредственно за последним элементом массива), при условии, что 0 <= i+j <= n, в противном случае поведение программы не определено.

Также указатель P - j указывает на i-j-тый элемент массива (или гипотетический элемент, следующий непосредственно за последним элементом массива), при условии, что 0 <= i-j <= n, в противном случае поведение программы не определено.

В приведённом коде

int arr[2];
int* p0 = &arr[0];
int* p1 = p0 + 1;

указатель p0 указывает на элемент массива arr с индексом 0, а указатель p1 указывает на элемент массива arr с индексом 1.

Каждый элемент массива arr занимает sizeof(int) байт (обычно четыре байта). Хоть мы и прибавляем к указателю единицу, но в байтах, его значение увеличилось на sizeof(int) байт.

Это особенность арифметики указателей. Если указатель p имеет тип T*, то результат выражений p + j и p - j есть указатель «модифицированный» на j * sizeof(T) байт.


Похожим образом, с учётом размеров типа, вычисляется разность двух указателей.

Если указатели P и Q указывают на i и j-тый элементы одного и того же массива (или гипотетический элемент, следующий непосредственно за последним элементом массива), то результат выражения P - Q есть знаковое целочисленное значение, равное i - j, и имеющее тип ptrdiff_t (определён в заголовочном файле <stddef.h>).

Если P и Q не указывают на элементы одного и того же массива (или гипотетический элемент, следующий непосредственно за последним элементом массива) или величина i-j не представима типом ptrdiff_t, то поведение программы не определено.

В приведённом коде

int arr[2];
int* p0 = &arr[0];
int* p1 = &arr[1];
ptrdiff_t diff = p1 - p0; //1

значение diff равно 1. Однако, разница между указателями p1 и p0 в байтах равна sizeof(int) (обычно четыре). Это особенность арифметики указателей.


Если некоторый объект не является массивом, то для целей арифметики указателей он считается массивом, состоящим из одного элемента.

int obj;
int* p = &obj;
//OK, obj считается массивом из одного элемента. 
//Указывать на гипотетический элемент за последним можно.
p = p + 1;
//А вот получить значение гипотетического элемента нельзя.
obj = *p; //Поведение не определено.

Массивы и указатели

Массив — это самостоятельная сущность. Массив не эквивалентен указателю на свой первый элемент.

Оператор sizeof, применённый к массиву, возвращает размер массива в байтах, но не размер указателя на первый элемент массива.

int arr[7];
printf("%zu\n", sizeof(arr));      //7 * sizeof(int)
printf("%zu\n", sizeof(&arr[0]));  //sizeof(int*)

Пусть есть массив из n элементов типа T.

Оператор взятия адреса &, применённый к такому массиву, возвращает указатель на массив из n элементов типа T, т.е. указатель имеет тип T (*)[n] Но оператор взятия адреса, применённый к первому элементу массива, возвращает указатель на T, т.е. указатель имеет тип T*.

Указатель на весь массив и указатель на первый элемент массива представляют одинаковый адрес, но имеют разный тип. Это напрямую влияет на арифметику указателей, т.к. она зависит от размера типа, на который указывает указатель.

int arr[7];
int (*p_arr)[7] = &arr;
int* p_int      = &arr[0];

p_arr = p_arr + 1; //Добавили sizeof(arr) == 7 * sizeof(int) байт.
p_int = p_int + 1; //Добавили sizeof(int) байт.

В некоторых ситуациях массив может быть неявно преобразован в указатель на свой первый элемент.

Например, если массив участвует в арифметике указателей, то он неявно преобразуется в указатель на свой первый элемент.

int arr[2];
int* p1 = arr + 1;
ptrdiff_t diff1 = p1 - arr;  //1
ptrdiff_t diff0 = arr - arr; //0

int* p1 = arr + 1 — массив arr неявно преобразован в указатель на свой первый элемент (с индексом ноль), следовательно arr + 1 — это указатель на второй элемент (с индексом один) массива arr.
ptrdiff_t diff1 = p1 - arr — массив arr снова неявно преобразован в указатель на свой первый элемент, следовательно разность p1 - arr — это разность между указателями на элементы одного и того же массива с индесами 1 и 0 соответственно, следовательно результат выражения p1 - arr — это 1.
ptrdiff_t diff0 = arr - arr — опять же массив arr преобразуется в указатель на свой первый элемент.

Многомерные массивы

k-мерный массив, k > 1 — это одномерный массив, элементами которого являются k-1 мерные массивы.

int arr[7][4][3];

В приведённом коде arr — это одномерный массив из семи элементов типа T1, где T1 — это одномерный массив из четырёх элементов типа T2, где T2 — это одномерный массив из трёх элементов типа T3, где T3 — это int.

arr имеет тип int [7][4][3].
arr[0] имеет тип int [4][3].
arr[0][0] имеет тип int [3].
arr[0][0][0] имеет тип int.


С учётом всего написанного выше ваш код

int a[3][4] = { {1, 2, 3, 4} , {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};

&a[0][0] + 11;
a[0]     + 11;
a        + 11;

работает следующим образом.

Выражение &a[0][0] имеет тип int*. Выражение &a[0][0] + 11 означает к указателю int*, указывающему на объект arr[0][0], прибавить одиннадцать раз sizeof(int) байт.

Выражение a[0] имеет тип int [4], т.е. это массив. Так как к массиву прибавляется целочисленное значение, то массив неявно преобразуется к указателю на свой первый элемент, т.е. к указателю int*. Таким образом, выражение a[0] + 11 означает к указателю int*, указывающему на объект arr[0][0], прибавить одиннадцать раз sizeof(int) байт.

Выражение a имеет тип int [3][4], т.е. это массив. Так как к массиву прибавляется целочисленное значение, то массив неявно преобразуется к указателю на свой первый элемент, т.е. к указателю int (*)[4]. (да, элементами массива a являются массивы, а не int'ы). Таким образом, выражение a + 11 означает к указателю int (*)[4], указывающему на объект arr[0], прибавить одиннадцать раз sizeof(int[4]) == 4 * sizeof(int) байт.

Про выход за границу массива

В начале ответа сказано, что если выражение P + j, где P — указатель, а j — целое число не указывает на элемент массива (или гипотетический элемент за последним элементом массива), то поведение программы не определено.

Приведённый код содержит неопределённое поведение:

int a[3][4] = { {1, 2, 3, 4} , {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};
a        + 11; //Поведение не определено.

Массив a содержит ровно три элемента типа int [4], следовательно выражение a + 11 не указывает ни на элемент массива a, ни на гипотетический элемент за массивом, следовательно поведение программы не определено.

Более того, код ниже также содержит неопределённое поведение:

int a[3][4] = { {1, 2, 3, 4} , {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};
&a[0][0] + 11; //Поведение не определено.
a[0]     + 11; //Поведение не определено.

Выражение &a[0][0] указывает на первый элемент массива arr[0], состоящего из четырёх элементов типа int, следовательно выражение &a[0][0] + 11 не указывает ни на элемент массива arr[0], ни на гипотетический элемент за массивом, следовательно поведение программы не определено.

Да, мы знаем, что непосредственно за массивом arr[0] следует массив arr[1], а за ним следует массив arr[2], однако, стандарт языка не делает никаких послаблений для такого случая.

Здесь на сайте было сломано немало копий в обсуждениях допустимости выхода за подмассивы многомерного массива. Однозначного ответа нет. Основных позиций две:

  1. Стандарт суров, но это стандарт. Выходить за границы подмассивов многомерного массива при арифметике указателей нельзя и точка.
  2. Так как мы знаем, что многомерный массив — это, по сути, большой одномерный массив, и все существующие компиляторы корректно обрабатывают выход за подмассивы многомерного массива, то так делать можно. А если завтра выйдет компилятор некорректно обрабатывающий выход за границы подмассивов, то его нужно немедленно удалить, авторов компилятора расстрелять.

Связанный вопрос: Можно ли обращаться к многомерным массивам как к одномерным?

Про printf и спецификаторы преобразования

С помощью спецификаторов преобразования вы обещаете передать функции printf аргумент определённого типа. И вы обязаны выполнить данное обещание. Если вы этого не делаете, то стандарт языка со своей стороны вам больше ничего не обещает — поведение программы не определено.

printf("size of a = %d\n", sizeof(a));

Спецификатор преобразования %d говорит, что должен быть передан аргумент типа int, но оператор sizeof возвращает значение беззнакового целочисленного типа size_t. Поведение программы не определено. Используйте спецификатор %zu для вывода значений типа size_t.


printf("address a = %p\n", a);
printf("address a[0] = %p\n", a[0]);
printf("address a[0][0] = %p\n\n\n", &a[0][0]);

Спецификатор преобразования %p говорит, что должен быть передан аргумент типа void*, но ни один из передаваемых аргументов (ни a, ни a[0], ни &a[0][0]) не имеет указанный тип, и не приводится неявно в данном конкретном случае к указанному типу. Поведение программы не определено. Используйте явное приведение типа: (void*)a, (void*)a[0], (void*)&a[0][0].

Связанный вопрос: printf and pointers.

Статья на cppreference.com о функции printf с большой табличкой по спецификаторам преобразования: https://en.cppreference.com/w/c/io/fprintf.

Ваш ответ

By clicking “Отправить ответ”, you agree to our terms of service and acknowledge that you have read and understand our privacy policy and code of conduct.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.