Чому індекси негативного масиву мають сенс?

Я натрапив на дивний досвід програмування на С. Розглянемо цей код:

int main(){
  int array1[6] = {0, 1, 2, 3, 4, 5};
  int array2[6] = {6, 7, 8, 9, 10, 11};

  printf("%d\n", array1[-1]);
  return 0;
}

Коли я компілюю та запускаю це, я не отримую жодних помилок чи попереджень. Як сказав мій лектор, індекс масиву має -1доступ до іншої змінної. Я все ще плутаюся, чому на землі мова мов програмування має таку можливість? Я маю на увазі, чому дозволяють індекси негативного масиву?

Операція індексації масиву a[i]набуває свого значення завдяки наступним ознакам C

1. Синтаксис a[i]еквівалентний *(a + i). Таким чином, справедливо сказати, 5[a]щоб потрапити на 5-й елемент a.

2. Вказівник-арифметичний говорить, що дано вказівник pі ціле число i, p + i покажчик pрозширений у i * sizeof(*p)байтах

3. Ім'я масиву aдуже швидко переходить до вказівника на 0-й елементa

Фактично, індексація масиву є особливим випадком індексації вказівників. Оскільки вказівник може вказувати на будь-яке місце всередині масиву, будь-яке довільне вираження, схоже p[-1], не є помилковим шляхом перевірки, і тому компілятори не (не можуть) вважати всі такі вирази помилками.

Ваш приклад, a[-1]де aнасправді є ім'я масиву, насправді недійсний. IIRC, це не визначено, якщо є значення значущого вказівника як результат виразу, a - 1де, aяк відомо, є вказівником на 0-й елемент масиву. Отже, розумний компілятор міг виявити це і позначити це як помилку. Інші компілятори все ще можуть бути сумісними, дозволяючи вам стріляти в ногу, даючи вам вказівник на випадковий слот для стека.

Відповідь з інформатики:

• В C []оператор визначений на покажчиках, а не на масивах. Зокрема, він визначається з точки зору арифметики вказівника та відміни вказівника.

• В C вказівник абстрактно є кортежем (start, length, offset)з умовою, що 0 <= offset <= length. Арифметика вказівника по суті є піднятою арифметикою на зміщення, із застереженням, що якщо результат операції порушує умова вказівника, це не визначене значення. Зняття посилання на покажчик додає додаткове обмеження, яке offset < length.

• C має поняття, undefined behaviourяке дозволяє компілятору конкретно представляти цей кортеж як єдине число, і не повинні виявляти будь-яких порушень умови вказівника. Будь-яка програма, яка задовольняє абстрактну семантику, буде безпечною з конкретною (втратною) семантикою. Все, що порушує абстрактну семантику, може без коментарів приймати компілятор, і він може робити все, що завгодно.

Масиви просто викладаються як суміжні шматки пам'яті. Доступ до масиву, такий як [i], перетворюється на доступ до адреси місцезнаходження пам'ятіOf (a) + i. Цей код a[-1]цілком зрозумілий, він просто посилається на адресу перед початком масиву.

Це може здатися божевільним, але є багато причин, чому це дозволено:

• дорого перевірити, чи знаходиться індекс i до [-] в межах масиву.
• деякі методи програмування фактично використовують факт, що a[-1]є дійсним. Наприклад, якщо я знаю, що aце насправді не початок масиву, а вказівник на середину масиву, то a[-1]просто отримує елемент масиву, який знаходиться зліва від вказівника.

Як пояснюють інші відповіді, це невизначена поведінка у C. Вважайте, що C був визначений (і в основному використовується) як "асемблер високого рівня". Користувачі C цінують це за його безкомпромісну швидкість, і перевірка матеріалів під час виконання не викликає сумнівів задля чистої продуктивності. Деякі конструкції С, які виглядають безглуздо для людей, що походять з інших мов, мають досконалий сенс у С, як це a[-1]. Так, це не завжди має сенс (

Можна використовувати таку функцію для написання методів розподілу пам'яті, які безпосередньо отримують доступ до пам'яті. Одне таке використання - перевірити попередній блок пам'яті за допомогою негативного індексу масиву, щоб визначити, чи можна об'єднати два блоки. Я використовував цю функцію, коли розробляв енергонезалежний менеджер пам'яті.

С не набирається сильно. Стандартний компілятор C не перевіряє межі масиву. Інша справа, що масив в C - це не що інше, як суміжний блок пам'яті, а індексація починається з 0, тому індекс -1 - це розташування будь-якого біт-шаблону раніше a[0].

Інші мови приємно використовують негативні показники. У Python a[-1]поверне останній елемент, a[-2]поверне другий-останній елемент тощо.

Простими словами:

Всі змінні (включаючи масиви) в C зберігаються в пам'яті. Скажімо, у вас є 14 байт "пам'яті", і ви ініціалізуєте таке:

int a=0;
int array1[6] = {0, 1, 2, 3, 4, 5};

Також розглянути розмір int як 2 байти. Тоді, гіпотетично, у перших 2 байтах пам'яті буде збережено ціле число a. У наступних 2 байтах збережеться ціле число першої позиції масиву (це означає масив [0]).

Тоді, коли ви кажете масив [-1], це як посилання на ціле число, збережене в пам'яті, що знаходиться безпосередньо перед масивом [0], яке в нашому, гіпотетично, ціле число a. Насправді це не зовсім так, як змінні зберігаються в пам'яті.

//:Example of negative index:
//:A memory pool with a heap and a stack:

unsigned char memory_pool[64] = {0};

unsigned char* stack = &( memory_pool[ 64 - 1] );
unsigned char* heap  = &( memory_pool[ 0     ] );

int stack_index =    0;
int  heap_index =    0;

//:reserve 4 bytes on stack:
stack_index += 4;

//:reserve 8 bytes on heap:
heap_index  += 8;

//:Read back all reserved memory from stack:
for( int i = 0; i < stack_index; i++ ){
    unsigned char c = stack[ 0 - i ];
    //:do something with c
};;
//:Read back all reserved memory from heap:
for( int i = 0; i < heap_index; i++ ){
    unsigned char c = heap[ 0 + i ];
    //:do something with c
};;