C语言指针运算结果不符合预期的运行原理解析

C语言指针运算原理说明 #

核心规则 #

C语言中指针的加减运算步长由指针指向的类型大小决定：T*类型的指针执行+1操作时，实际偏移的字节数等于sizeof(T)，而非偏移1字节。

逐行代码运行解析 #

我们假设int占4字节，malloc返回的起始内存地址为0x100，你申请的2个连续int内存的地址范围为0x100 ~ 0x107，逐行运行逻辑如下：

1. int* arr = (int*)malloc(2 * sizeof(int));
   此时arr保存的是申请内存的起始地址0x100，指向第一个int的位置。
2. arr = arr + 1;
   因为arr是int*类型，加1相当于偏移4字节，此时arr的值变为0x104，指向第二个int的位置。
3. *arr = 11;
   对当前arr指向的0x104地址赋值，此时0x104位置的值为11。
4. arr[-1] = 22;
   C语言中下标运算a[b]本质等价于*(a + b)，因此arr[-1]就是*(arr - 1)，arr当前是0x104，减1后得到0x100，对该地址赋值后0x100位置的值为22。
5. int x = arr[0]; // x = 11
arr[0]等价于*(arr + 0)，取的是0x104地址的值，因此x为11。
6. int y = arr[1]; // y = 194759710
arr[1]等价于*(arr + 1)，计算后地址为0x108，已经超出了你malloc申请的内存范围，属于访问未初始化的野内存，得到的是随机垃圾值。

预期结果不符的原因 #

你错误认为偏移后的arr仍然以原始malloc起始地址为基准计算下标，实际上执行arr = arr + 1之后，arr的基准地址已经变为0x104，所有下标运算都以这个新地址为起点。
如果要得到你预期的x == 22、y == 11，只需要修改取值代码为：

int x = arr[-1];
int y = arr[0];

额外注意事项 #

你修改了malloc返回的原始指针，后续如果直接调用free(arr)会触发未定义行为，free必须传入malloc返回的原始地址，因此做指针偏移前建议额外保存原始指针：

int* original_arr = (int*)malloc(2 * sizeof(int));
int* arr = original_arr + 1;
// 后续操作完成后free(original_arr)即可

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Irbis