음의 배열 인덱스가 의미가있는 이유는 무엇입니까?

C 프로그래밍에서 이상한 경험을했습니다. 이 코드를 고려하십시오.

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;
}

컴파일하고 실행할 때 오류나 경고가 표시되지 않습니다. 강사가 말했듯이 배열 인덱스 -1는 다른 변수에 액세스합니다. 여전히 혼란 스럽습니다. 왜 지구상에서 프로그래밍 언어에이 기능이 있습니까? 음의 배열 인덱스를 허용하는 이유는 무엇입니까?

배열 인덱싱 연산 a[i]은 C의 다음 기능에서 의미를 얻습니다.

1. 구문은와 a[i]같습니다 *(a + i). 따라서 5[a]의 5 번째 요소에 도달 하는 것은 유효합니다 a.

2. 포인터 산술 포인터 주어진 것을 말한다 p및 정수 i, p + i 포인터 p에 의해 진행 i * sizeof(*p)바이트

3. 배열의 이름은 a매우 빠르게 0 번째 요소에 대한 포인터로 이동합니다.a

실제로 배열 인덱싱은 포인터 인덱싱의 특별한 경우입니다. 포인터 모양처럼 그 배열 내부의 장소에 임의의 표현을 가리킬 수 있기 때문에 p[-1]입니다 하지 검사에 의해 잘못, 그리고 컴파일러는하지 않도록 오류 이러한 모든 표현을 고려 (수).

귀하의 예를 실제로 배열의 이름이 실제로 유효하지 않습니다. 식의 결과로서 의미 포인터 값이 있다면 IIRC, 그것은 정의되지 배열의 0 번째 요소에 대한 포인터로이 알고있다. 따라서 영리한 컴파일러는이를 감지하여 오류로 표시 할 수 있습니다. 임의의 스택 슬롯에 대한 포인터를 제공하여 다른 컴파일러가 여전히 호환 될 수 있습니다.a[-1]aa - 1a

컴퓨터 과학의 대답은 다음과 같습니다.

• C에서 []연산자는 배열이 아닌 포인터에 정의됩니다. 특히, 포인터 산술 및 포인터 역 참조 측면에서 정의됩니다.

• C에서 포인터는 추상적으로 튜플 (start, length, offset)입니다 0 <= offset <= length. 포인터 산술은 기본적으로 오프셋에서 산술 연산을 수행하며 연산 결과가 포인터 조건을 위반하면 정의되지 않은 값이라는 경고가 있습니다. 포인터를 참조 해제하면 추가 제약 조건이 추가 offset < length됩니다.

• C는 undefined behaviour컴파일러가 튜플을 단일 숫자로 구체적으로 표현할 수 있는 개념을 가지고 있으며 포인터 조건의 위반을 감지 하지 않아도됩니다. 추상 의미론을 만족시키는 모든 프로그램은 구체적 (손실) 의미론으로 안전합니다. 추상 시맨틱을 위반하는 것은 주석없이 컴파일러에 의해 받아 들여질 수 있으며, 그것과 관련하여 원하는 모든 것을 할 수 있습니다.

배열은 단순히 인접한 메모리 덩어리로 배치됩니다. a [i]와 같은 어레이 액세스는 메모리 위치 addressOf (a) + i 에 대한 액세스로 변환됩니다 . 이 코드 a[-1]는 완벽하게 이해할 수 있으며 단순히 배열이 시작되기 전에 주소를 나타냅니다.

이것은 미친 것처럼 보일 수 있지만 이것이 허용되는 많은 이유가 있습니다.

• 인덱스 i에서 a [-]가 배열의 범위 내에 있는지 확인하는 것은 비용이 많이 듭니다.
• 일부 프로그래밍 기술은 실제로 a[-1]유효한 사실을 이용 합니다. 예를 들어, 그것이 a실제로 배열의 시작이 아니라 배열의 중간에 대한 포인터 임을 알고 있다면 포인터 a[-1]의 왼쪽에있는 배열의 요소를 가져옵니다.

다른 답변에서 알 수 있듯이 이것은 C에서 정의 되지 않은 동작 입니다. C가 "고수준 어셈블러"로 정의 (및 대부분 사용됨)되는 것을 고려하십시오. C의 사용자는 타협하지 않는 속도로 평가하고 런타임에 물건을 검사하는 것은 (성능이) 성능을 높이기 위해 의문의 여지가 없습니다. 다른 언어에서 온 사람들에게 무의미 하게 보이는 일부 C 구문 은 C와 같이 완벽하게 이해됩니다 a[-1]. 예, 항상 의미 가있는 것은 아닙니다 (

그러한 기능을 사용하여 메모리에 직접 액세스하는 메모리 할당 방법을 작성할 수 있습니다. 이러한 용도 중 하나는 음의 배열 인덱스를 사용하여 이전 메모리 블록을 확인하여 두 블록을 병합 할 수 있는지 확인하는 것입니다. 비 휘발성 메모리 관리자를 개발할 때이 기능을 사용했습니다.

C는 강력하게 입력되지 않습니다. 표준 C 컴파일러는 배열 범위를 확인하지 않습니다. 또 다른 것은 C의 배열은 연속적인 메모리 블록 일 뿐이며 인덱싱은 0에서 시작하므로 인덱스 -1은 이전의 비트 패턴 위치입니다 a[0].

다른 언어는 음수 지수를 좋은 방법으로 이용합니다. 파이썬에서는 a[-1]마지막 요소를 반환하고 마지막에서 마지막 요소 a[-2]를 반환합니다.

간단히 말해서 :

C의 모든 변수 (배열 포함)는 메모리에 저장됩니다. 14 바이트의 "메모리"가 있고 다음을 초기화한다고 가정 해 봅시다.

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

또한 int의 크기를 2 바이트로 고려하십시오. 가상 메모리의 처음 2 바이트에는 정수 a가 저장되고, 다음 2 바이트에는 배열의 첫 번째 위치의 정수가 저장됩니다 (즉, array [0]).

그렇다면, array [-1]은 array [0] 바로 앞에있는 메모리에 저장된 정수를 말하는 것과 같습니다. 실제로 이것은 변수가 메모리에 저장되는 방식이 아닙니다.

//: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
};;