如何安全地使用指針索引數組

Question

編輯：如果您在此基本上不同意Fedora指南，請解釋爲什麼這種方法比傳統循環更客觀。據我所知，即使CERT標準沒有對使用指針變量的指針進行任何說明。

我目前正在讀Fedora Defensive Coding Guide，並提出以下建議：

始終保持你正在使用的數組的大小的軌道。 通常，如果讓指針超過數組的最後一個元素，並且通過從該指針中減去當前位置來計算剩餘的 元素的數量，則代碼更爲明顯。 替代方法，每次當位置 高級時更新單獨的變量，通常不太明顯正確。

這意味着對於一個給定陣列

int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5}; 

我不應該使用經典

size_t length = 5; 
for (size_t i = 0; i < length; ++i) { 
    printf("%d ", numbers[i]); 
} 

，而是這樣的：

int *end = numbers + 5; 
for (int *start = numbers; start < end; ++start) { 
    printf("%d ", *start); 
} 

或本：

int *start = numbers; 
int *end = numbers + 5; 
while (start < end) { 
    printf("%d ", *start++); 
} 

1. 我的理解推薦是否正確？
2. 我的實現是否正確？
3. 最後2箇中哪個更安全？

Answer 1

您對文本內容的理解是正確的，您的實現也是如此。但關於建議的基礎，我認爲你很困惑安全與正確。

與使用索引不同的是，使用指針是更安全。這個觀點是，在推理代碼時，使用指針時更容易判定邏輯是正確的。安全是關於失敗模式：如果代碼不正確會引發什麼（引用陣列外部的位置）。正確性更爲重要：該算法可以完成所要做的事情。我們可能會說正確的代碼不需要安全。

這個推薦可能受到Andrew Koenig在Dr. Dobbs幾年前的系列影響。 How C Makes It Hard To Check Array Bounds。 Koenig說，

除了在很多情況下速度更快，指針有一個比數組更大的優勢：指向數組元素的指針是一個單一的值，足以唯一標識該元素。 [...]沒有指針，我們需要三個參數來確定範圍：數組和兩個索引。通過使用指針，我們可以只用兩個參數。

在C中，引用數組之外的位置，無論是通過指針還是索引，同樣是不安全的。編譯器不會把你趕出去（缺少對標準擴展的使用）。科尼格認爲，空氣中的球數較少，你有更好的方法來獲得正確的邏輯。

構造越複雜，他說得越明確。如果您想更好地說明差異，請雙擊strcat（3）。使用索引，在循環內有兩個名稱和兩個索引。可以將索引用於另一個的名稱。使用指針，這是不可能。你只有兩個指針。

Answer 2

我的理解推薦是否正確？
我的實施是否正確？

是的，所以它似乎。

當您有更復雜項目的數組時，有時會使用方法for(type_t start = &array; start != end; start++)。這主要是一個風格問題。

這種風格有時用於您已經有某些原因可用的開始和結束指針。或者在您對尺寸沒有真正興趣的情況下，但只是想反覆比較數組的末尾。例如，假設您有一個帶有開始指針和結束指針的環形緩衝區ADT，並且要遍歷所有項目。

這種做循環的方式實際上就是爲什麼C顯式允許指針指向數組的一個邊界之外的指針，您可以設置一個結束指針指向數組之後的一個條目，而不會調用未定義的行爲只要該項目未被取消參考）。 （這與C++中STL迭代器使用的方法非常相似，儘管在C++中有更多的基本原理，因爲它具有運算符過載。例如，C++中的iterator++不一定給出在C++中相鄰分配的項目下一個存儲單元。例如，可以使用迭代器遍歷鏈表ADT，其中++將在行後面翻譯爲node->next）。

但是，聲稱這種形式始終是首選的只是主觀的廢話。特別是當你有一個整數的數組，並知道大小。你的第一個例子是C中最可讀的循環形式，因此在任何可能的情況下總是首選。

在一些編譯器/系統上，第一種形式也可以比第二種形式提供更快的代碼。指針算術可能會在某些系統上給出較慢的代碼。 （我想第一種形式可能會在某些系統上提供更快的數據高速緩存訪​​問，但我必須通過一些編譯器大師驗證這一假設。）

最後2箇中哪個更安全？

兩種形式都沒有比另一種更安全。否則會主觀意見。聲明「......通常不太明顯」是無稽之談。

選擇哪種風格因個案而異。總的來說，你們鏈接的那些「Fedora」指南似乎包含大量有問題的代碼，可疑的規則和公然的意見。看起來更像是有人想炫耀各種C技巧，而不是認真編寫編碼標準。總的來說，它聞起來像「Linux內核指南」，我不建議閱讀。

如果您想爲專業人士提供嚴謹的編碼標準，請使用CERT-C或MISRA-C。