Индексирование многомерных массивов с использованием указателя на элементы

Question

Насколько я знаю, многомерный массив в стеке будет занимать непрерывную память в порядке строк. Является ли неопределенное поведение индексированием многомерного массива с использованием указателя на элементы в соответствии со стандартом ISO C++? Например:

#include <iostream> 
#include <type_traits> 
int main() { 
    int a[5][4]{{1,2,3,4},{},{5,6,7,8}}; 
    constexpr auto sz = sizeof(a)/sizeof(std::remove_all_extents<decltype(a)>::type); 
    int *p = &a[0][0]; 
    int i = p[11]; // <-- here 
    p[19] = 20; // <-- here 
    for (int k = 0; k < sz; ++k) 
    std::cout << p[k] << ' '; // <-- and here 
    return 0; 
} 

Приведенный выше код будет компилироваться и работать правильно, если указатель не выходит за пределы границы массива a. Но происходит ли это из-за того, что поведение компилятора или язык стандартно? Любая ссылка из стандарта ISO C++ была бы лучше всего.

Answer 1

Проблема здесь является правилом строгого сглаживания, которая существует в моих проектах n3337 для C++ 11 в 3.10 Lvalues ​​и rvalues ​​[basic.lval] § 10. Это исчерпывающий перечень, который не позволяет explicetely псевдонима многомерный массив до одномерного целого размера.

Таким образом, даже если это действительно необходимо, чтобы массивы выделяются последовательно в памяти, что доказывает, что размер многомерного массива, скажем, например T arr[n][m] является продуктом является размер по размеру элемента: n * m *sizeof(T). При преобразовании в указатели на символы вы можете даже выполнять операции арифметического указателя по всему массиву, потому что любой указатель на объект может быть преобразован в указатель char, и этот указатель char может использоваться для доступа к последовательным байтам объекта (*), ,

Но, к сожалению, для любого другого типа, стандарт только позволяют операции арифметического указателя внутри одного массива (и по определению dereferening элемента массива тот же, как разыменования указателя после указателя арифметики: a[i]является*(a + i)). Так что, если вы оба соблюдать правила на стрелочных арифметике и строгое правило наложения спектров, глобальное индексирование многомерного массива не определяется C++ 11 стандарта, если не пройти через полукокса указатель арифметика:

int a[3][4]; 
int *p = &a[0][0]; // perfectly defined 
int b = p[3];  // ok you are in same row which means in same array 
b = p[5];   // OUPS: you dereference past the declared array that builds first row 

char *cq = (((char *) p) + 5 * sizeof(int)); // ok: char pointer arithmetics inside an object 
int *q = (int *) cq; // ok because what lies there is an int object 
b = *q;   // almost the same as p[5] but behaviour is defined 

То, что char pointer arithmetics вместе со страхом сломать много существующего кода объясняет, почему весь известный компилятор молчаливо принимает наложение многомерного массива с 1D одного и того же глобального размера (он приводит к тому же внутреннему коду), но технически глобальная арифметика указателя действительна только для указателей на символы.

---

(*) Стандарт объявляет в 1.7 ++ модели памяти C [intro.memory], что

Устройство хранения фундаментального в модели памяти C++ является байтами ... Память доступна программа на C++ состоит из одной или нескольких последовательностей смежных байтов. Каждый байт имеет уникальный адрес.

и более поздние версии 3.9 Типы [основные.Типы] § 2

Для любого объекта (кроме базового класса подобъекта) из тривиального Copyable типа Т, выполняется ли или нет объекта действительного значение типа T, лежащие в основе байты, составляющие объект могут скопировать в массив символа char или unsigned.

и скопировать их, вы должны получить доступ к ним через char *unsigned char * или

Answer 2

, если вы объявите

int arr[3][4][5]; 

типа arr является int[3][4][5], типа arr[3] является int[4][5] и т.д. Массив массива массивов, но не массив указателей. Посмотрим, что произойдет, если мы увеличим первый индекс? Он сдвигал бы указатель вперед по размеру элемента массива, но элемент массива из arr был двумерным массивом! Это эквивалентно приращением: arr + sizeof(int[4][5])/sizeof(int) или обр + 20.

Итерация таким образом мы находим, что arr[a][b][c] равна *(*(*(arr + a) + b) + c), при условии, что там никогда не бывает набивка с массивами (в соответствии с обязательной совместимости типов боб с C99) :

*((int*)arr + 20*a + 5*b + c) 

Когда выражение, которое имеет целочисленный тип добавляется или вычитается из указателя, результат имеет тип указателя операнда. Если операнд указателя указывает на элемент объекта массива, а массив достаточно велик, результат указывает на смещение элемента от исходного элемента , так что разница в нижних индексах в результате и исходных элементов массива равна интегральное выражение

Answer 3

Я считаю, что поведение в вашем примере технически не определено.

Стандарт не имеет понятия многомерного массива. То, что вы на самом деле объявили, представляет собой «массив из 5 массивов из 4 целых чисел». То есть a[0] и a[1] фактически представляют собой два разных массива из 4-х целых чисел, оба из которых содержатся в массиве a. Это означает, что a[0][0] и a[1][0] не являются элементами одного и того же массива.

[expr.add]/4 говорит следующее (курсив мой)

Когда выражение, которое имеет целочисленный тип добавляется или вычитается из указателя, результат имеет тип указателя операнда , Если операнд указателя указывает на элемент объекта массива, а массив достаточно большой, результат указывает на смещение элемента от исходного элемента, так что разница индексов результирующих и исходных элементов массива равна интегралу выражение. Другими словами, если выражение P указывает на i-й элемент объекта массива, выражения (P) + N (эквивалентно, N + (P)) и (P) -N (где N имеет значение n) указывают соответственно на i + n-й и i-й-элементы элемента массива , если они существуют.Более того, если выражение P указывает на последний элемент объекта массива, выражение (P) +1 указывает один за последним элементом объекта массива, а если выражение Q указывает мимо последнего элемента массива объект, выражение (Q) -1 указывает на последний элемент массива объект. Если оба операнда указателя и результат указывают на элементы одного и того же объекта массива или один последний последний элемент объекта массива, оценка не должна приводить к переполнению; в противном случае, поведение неопределенными

Таким образом, поскольку p[11] расширяется до *(p + 11) и так как p и p + 11 не являются элементами одного и того же массива (один элемент a[0], а другой более одного элемента мимо конец a[0]), поведение этого добавления не определено.

Я был бы очень удивлен, если бы нашел какую-либо реализацию, когда такое добавление привело к чему-то другому, кроме того, который вы ожидаете.