C语言指针加1的那些坑，你踩过几个？
C语言指针加1的那些坑，你踩过几个？
在C语言中，指针加1的操作远比想象的要复杂。它不仅与数据类型密切相关，还涉及到内存对齐、结构体布局等深层次问题。本文将通过具体示例，揭示指针加1中隐藏的陷阱，帮助你写出更健壮的代码。
指针加1的基本原理
首先需要明确的是，指针加1并不是简单地将地址值加1。它的实际效果取决于指针所指向的数据类型。具体来说，指针加1会使指针指向下一个逻辑上的数据元素，而这个"下一个"的位置是由数据类型大小决定的。
例如，对于一个指向char类型的指针，加1会使其向后移动1个字节；而对于一个指向int类型的指针（假设int占4字节），加1则会使其向后移动4个字节。
char a = 'a';
char *p = &a;
printf("%p %p\n", (void*)p, (void*)(p + 1)); // 输出: 0012FF33 0012FF34，偏移1字节
int i = 1;
int *q = &i;
printf("%p %p\n", (void*)q, (void*)(q + 1)); // 输出: 0012FF30 0012FF34，偏移4字节
结构体中的指针加1
结构体的内存布局为指针加1带来了更多不确定性。结构体的成员可能因为数据对齐的要求而存在填充字节，这会影响指针加1的结果。
例如，考虑以下结构体：
#pragma pack(1)
struct tree
{
int height;
int age;
char tag;
};
#pragma pack()
在这个结构体中，height和age各占4字节，tag占1字节。如果没有特殊的编译指令，编译器可能会在tag后面添加3个填充字节，使得整个结构体占用12字节，以满足对齐要求。
但是，通过#pragma pack(1)指令，我们告诉编译器不要添加填充字节，因此这个结构体实际占用9字节。
现在，如果我们对指向这个结构体的指针进行加1操作，结果会怎样呢？
char buffer[512];
char *tmp_ptr = NULL;
struct tree *t_ptr = NULL;
char *t_ptr_new = NULL;
tmp_ptr = buffer;
t_ptr = (struct tree *) tmp_ptr;
t_ptr_new = (char *)(t_ptr + 1);
printf("t_ptr_new point to buffer[%ld]\n", t_ptr_new - tmp_ptr);
由于我们使用了#pragma pack(1)，结构体的实际大小是9字节，因此t_ptr_new会指向buffer的第10个字节位置。
数组与指针的陷阱
数组和指针的关系是C语言中另一个容易出错的地方。特别是当涉及到指针数组和指向数组的指针时，很容易混淆。
char *strings[SIZE]; // 这是一个指针数组，包含SIZE个char*类型的元素
char (*str)[SIZE]; // 这是一个指向char数组的指针
int (*arr)[SIZE]; // 这是一个指向int数组的指针
int *ptr[SIZE]; // 这是一个指针数组，包含SIZE个int*类型的元素
在上面的代码中，strings和ptr是数组，而str和arr是指针。它们的大小也不同：
printf("size of str = %zd, size of strings = %zd\n", sizeof(str), sizeof(strings));
printf("size of arr = %zd, size of ptr = %zd\n", sizeof(arr), sizeof(ptr));
输出结果表明，指针的大小是8字节（在64位系统上），而数组的大小则是指针大小乘以数组长度。
常见错误与最佳实践
- 类型转换错误：在进行指针运算时，一定要注意类型转换。错误的类型转换会导致意想不到的结果。
t_ptr_new = (char *)(t_ptr + 1);
如果省略(char *)，编译器会产生警告，因为类型不兼容。
- 数组越界：在使用指针遍历数组时，要特别小心不要越界。
for (int i = 0; i < SIZE; ++i) {
printf("%d\n", *ptr[i]);
}
- 野指针：在释放动态分配的内存后，要将指针置为NULL，防止形成野指针。
free(dynamicArray);
dynamicArray = NULL;
- 字符串字面量：不要尝试修改字符串字面量，它们通常位于只读存储区。
char *strLiteral = "Hello, World!";
// strLiteral[0] = 'H'; // 这将导致未定义行为
通过理解指针加1的原理，以及在结构体、数组中的行为，我们可以避免许多常见的编程错误。记住，指针是C语言中最强大的特性之一，但同时也最容易出错。在使用指针时，始终保持谨慎，注意类型安全，合理使用类型转换，可以让你的代码更加健壮和高效。