对多维数组的一维访问：它是明确定义的行为吗？

Question

我想我们都同意，通过以一维方式解引用（可能是偏移的）指向其第一个元素的指针来访问真正的多维数组被认为是惯用的C，例如：

void clearBottomRightElement(int *array, int M, int N)
{
    array[M*N-1] = 0;  // Pretend the array is one-dimensional
}


int mtx[5][3];
...
clearBottomRightElement(&mtx[0][0], 5, 3);

然而，我的语言律师需要说服这实际上是明确定义的C！特别是：

1. 标准是否保证编译器不会在两者之间插入填充，例如mtx[0][2]和mtx[1][0]？
2. 通常，索引关闭数组的末尾（除了结尾之外）是未定义的（C99,6.5.6 / 8）。所以以下内容显然是未定义的：

   struct {
       int row[3];           // The object in question is an int[3]
       int other[10];
   } foo;
   int *p = &foo.row[7];     // ERROR: A crude attempt to get &foo.other[4];

   因此，根据相同的规则，人们会期望以下内容未定义：

   int mtx[5][3];
   int (*row)[3] = &mtx[0];  // The object in question is still an int[3]
   int *p = &(*row)[7];      // Why is this any better?

   那为什么要定义呢？

   int mtx[5][3];
   int *p = &(&mtx[0][0])[7];

那么C标准的哪一部分明确允许这个？ （为了讨论，让我们假设c99。）

编辑

请注意，我毫不怀疑这在所有编译器中都能正常工作。我要查询的是标准是否明确允许这样做。

Answer 1

您想要进行访问的唯一障碍是int [5][3]和int [15]类型的对象不允许彼此别名。因此，如果编译器知道类型为int *的指针指向前者的int [3]数组之一，则它可能会施加数组边界限制，从而阻止访问int [3]数组之外的任何内容。

您可以通过将所有内容放在包含int [5][3]数组和int [15]数组的联合内部来解决这个问题，但是我真的不清楚联合黑客是否真的定义了用于类型惩罚的人。这种情况可能稍微有点问题，因为你不会打字单个单元格，只有数组逻辑，但我仍然不确定。

应该注意的一个特殊情况是：如果你的类型是unsigned char（或任何char类型），那么访问多维数组作为一维数组将是非常明确的。这是因为与标准重叠的unsigned char的一维数组被标准明确定义为对象的“表示”，并且本质上允许对其进行别名。

Answer 2

所有数组（包括多维数组）都是无填充的。即使它从未被明确提及，也可以从sizeof规则推断出来。

现在，数组预订是指针算术的一个特例，C99第6.5.6节§8明确规定只有当指针操作数和结果指针位于同一个数组（或者一个元素过去）时才会定义行为，这使得可能的边界检查C语言的实现。

这意味着您的示例实际上是未定义的行为。但是，由于大多数C实现不检查边界，它将按预期工作 - 大多数编译器处理未定义的指针表达式，如

mtx[0] + 5 

与明确定义的同行相同

(int *)((char *)mtx + 5 * sizeof (int))

这是明确定义的，因为任何对象（包括整个二维数组）总是可以被视为char类型的一维数组。

---

关于6.5.6节的措辞的进一步冥想，将越界访问划分为看似明确定义的子表达式，如

(mtx[0] + 3) + 2

推理mtx[0] + 3是指向mtx[0]末尾的一个元素的指针（使第一个加法定义明确）以及指向mtx[1]的第一个元素的指针（使第二个加法定义明确）是不正确的：

尽管mtx[0] + 3和mtx[1] + 0保证比较相等（参见6.5.9节，§6），但它们在语义上是不同的。例如，前者不能被解除引用，因此不指向mtx[1]的元素。

Answer 3

1. 可以肯定的是，数组元素之间没有填充。
2. 提供了比完整地址空间更小的地址计算。这可以用于例如8086的巨大模式中，以便如果编译器知道您不能跨越段边界，则段部分不会总是更新。 （我很久以前就提醒我，我使用的编译器是否从中获益）。

使用我的内部模型 - 我不确定它与标准模型完全相同，检查太痛苦，信息在各处传播 -

• 你在clearBottomRightElement做的是有效的。
• int *p = &foo.row[7];未定义
• int i = mtx[0][5];未定义
• int *p = &row[7];不编译（gcc同意我）
• int *p = &(&mtx[0][0])[7];处于灰色区域（上次我查看了类似这样的细节，最后我考虑了无效的C90和有效的C99，这可能是这里的情况，或者我可能错过了什么）。

Answer 4

我对C99 standard的理解是，不要求多维数组必须在内存中以连续的顺序排列。遵循我在标准中找到的唯一相关信息（每个维度都保证是连续的）。

如果你想使用x [COLS * r + c]访问，我建议你坚持使用单维数组。

Array subscripting

连续的下标运算符指定多维数组对象的元素。如果E是n维阵列（n≥2），其尺寸为i×j×。 。 。 ×k，则E（用作除左值以外的值）被转换为指向尺寸为j×的（n-1）维数组的指针。 。 。 ×k。如果将unary *运算符显式地应用于此指针，或者作为预订的结果隐式应用，则结果是指向的（n-1）维数组，如果用作除左值之外的其他数据本身将被转换为指针。由此得出，数组以行主要顺序存储（最后一个下标变化最快）。

Array type

- 数组类型描述具有特定成员对象类型的连续分配的非空对象集，称为元素类型。 36）数组类型的特征在于它们的元素类型和数组中元素的数量。数组类型据说是从其元素类型派生的，如果它的元素类型是T，则数组类型有时称为''T'数组。从元素类型构造数组类型称为“数组类型派生”。