c - 指针访问和数组访问之间的值差异

Question

有人可以澄清我的错误解释吗？我知道由于我的代码的结果输出，我的理解是不正确的(请参阅问题的底部)。提前致谢。

澄清一下，下面这行的每一段是什么意思？:

*(u8 *)((u32)BufferAddress + (u32)i)

它与以下行有何不同:

*(u32 *)((u32)BufferAddress + (u32)i)

我对上面的解释是:

1. segment1 = ((u32)BufferAddress + (u32)i) => 将地址确定为整数。
2. segment2 = (u32 *)(segment1) => 将地址转换为指针，其中指针的长度为 32 位。
3. segment3 = *(segment2) => 解引用指针以获得位于计算地址的值。

我的解释有什么不正确的地方？我认为我缺乏理解是在 segment2 区域......转换 (u32 *) 和 (u8 *) 有什么区别？

这是让我意识到我存在知识差距的代码:

初始化代码:

main(...) {
     ...
     u8 *Buffer = malloc(256);
     ...
     Buffer[0] = 1;
     Buffer[1] = 0;
     Buffer[2] = 0;
     Buffer[3] = 4;
     Buffer[4] = 0;
     Buffer[5] = 0;
     qFunction(... , Buffer, 6, ...);
     ...
}

qFunction(... , const u8 *BufferPointer, u32 BufferLength, ...) {
     u32 BufferAddress;
     ...
     BufferAddress = (u32) BufferPointer;
     ...

     /* Method 1: */
     for (i=0; i < BufferLength; i++)
          printf("%d, %p\n", BufferPointer[i], &BufferPointer[i]);

     /* Method 2: */
     for (i=0; i < BufferLength; i++)
          printf("%d, 0x%lx\n", *(u8 *)(BufferAddress+i), BufferAddress+i);

     /* Method 3: */
     for (i=0; i < BufferLength; i++)
          printf("%d, 0x%lx\n", *(u32 *)(BufferAddress+i), BufferAddress+i);
     ...
 }

方法一和方法二的输出如我所料(都一样):

1, 0x1000000
0, 0x1000001
0, 0x1000002
4, 0x1000003
0, 0x1000004
0, 0x1000005

然而，方法 3 的输出对我来说似乎很奇怪；只有部分结果与方法1/2相同:

-1442840511, 0x1000000
11141120, 0x1000001
43520, 0x1000002
4, 0x1000003
0, 0x1000004
0, 0x1000005

我将不胜感激阅读 Material 的任何提示或引用。谢谢。

Answer 1

我可以吹毛求疵，说“你没有给我们足够的信息”。从技术上讲这是真的，但它只需要做一些假设。 u8 和 u32 不是标准的 C 类型，您可以将它们定义为任何类型，但大概它们代表一个无符号的 8 位值(例如 uchar) 和一个无符号的 32 位值(例如 unsigned)。假设是这样，让我们​​看看你理解的那些，并解释剩下第三个的地方。

BufferPointer 是一个 const u8*，这意味着它是一个 u8 类型的常量指针。这意味着它指向的数组是 8 位无符号类型。

现在，BufferAddress 是一个 u32 - 这是典型的指针，至少在 32 位系统上是这样。由于它们始终是总线的大小，因此在 64 位系统上，指针是 64 位。

因此，方法 1 正在打印数组的元素和数组的地址。这很好，很酷。

方法二:

*(u8 *)(BufferAddress+i), BufferAddress+i

BufferAddress 是一个无符号整数，您向它添加值以获得其他地址。这是数组的基本要点——内存是连续的，您可以通过增加每个元素的字节数来访问下一个元素。因为它是一个 u8 数组，所以你只需前进 1。不过这里有一个问题 - 如果它是一个 int 数组，你需要 BufferAddress+(i*4)，而不是 BufferAddress+i，因为每个 int 的大小是 4字节。顺便说一下，这就是指针算法在 C 中的工作原理。如果你执行 `&(((u32 *)BufferAddress) + 1) 你会得到 0x100004 而不是 0x100001，因为你将 BufferAddress 转换为 4 字节指针，并且编译器知道当您查看下一个元素时，它必须相距 4 个字节。

所以(BufferAddress+i)就是u8数组第i个元素的地址。 (u8 *) 将 BufferAddress 从一个乏味的整数转换为指向 u8 类型内存位置的指针，因此当您执行 *(u8 *) 时，编译器知道把它当作u8。您可以执行 (u64 *)，编译器会说“哦!这个内存区域是 64 位的”，并尝试以这种方式解释这些值。

这可能会清楚现在方法 3 中发生的事情。您获得了每个数组元素的适本地址，但您告诉编译器“将此内存区域视为 32 位数据”。因此，每次使用 *(u32 *) 时，您都会读取数组的 4 个字节并将其视为无符号整数。顺便说一句，一旦 i >= 3，您就会遇到未定义的行为，因为您正在读取数组之外的内容。

让我试着想象一下你在那个区域的内存是什么样子的:

0x1000000 = 1
0x1000001 = 0
0x1000002 = 0
0x1000003 = 4
0x1000004 = 0
0x1000005 = 0

对于方法 2，当 i = 2 时，您正在查看 BufferAddress (=0x1000000) + 3，即 0x1000002，其中包含数字 0。编译器知道它只有一个字节，所以就这样处理。

但是对于方法 3，当 i = 3 时，您是在告诉编译器将其视为 32 位。所以它看不到“0”，它看到 0、4、0、0，并使用这些数字得出一个整数值，这个值肯定不是 4。