C++中从数组中间指针进行负索引是否为定义行为？

我出于某些原因需要给数组两端设置“防护区”，编写了如下代码。我想知道上述语法是否安全？我知道负索引通常属于未定义行为，但该特例情况是否如此？buffer[-1]是否始终等价于padded_buffer[63]？

#include <iostream>
using namespace std;

const int BUFSIZE = 1 << 20;
char padded_buffer[64 + BUFSIZE + 64];
char* buffer = padded_buffer + 64;

int main()
{
    buffer[-1] = '?';
    // is that always equivalent to padded_buffer[63] = '?' ?
    cout << padded_buffer[63] << "\n";
    return 0;
}

这种写法是安全的，buffer[-1]始终等价于padded_buffer[63]，不属于未定义行为。

原因在于C++的下标运算本质：a[b]完全等价于*(a + b)。这里的buffer是padded_buffer + 64，所以buffer[-1]就是*(buffer - 1)，也就是*(padded_buffer + 64 - 1)，即*(padded_buffer + 63)，对应数组下标就是padded_buffer[63]。

关键是buffer - 1仍然指向padded_buffer数组的合法元素范围内（数组索引从0到64+BUFSIZE+64-1，63显然在这个区间内），所以这种指针运算和解引用都是符合标准的，没有未定义行为。

需要注意的是，负索引并非绝对安全：只有当指针偏移后仍然指向原数组（或数组末尾的一个合法位置）时，这种操作才合法。如果指针原本不指向数组元素，或者偏移后超出数组存储范围，那才会触发未定义行为。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Huy Le