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C++ 指针算术是什么?(如何在底层高效遍历连续内存)

冰火之心

冰火之心

发布时间:2026-02-25 09:36:13

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来源于php中文网

原创

指针加减操作按所指类型大小自动缩放,而非简单地址数值增减;int加1实际偏移4字节,char加1偏移1字节,误判会导致越界或跳过元素。

c++ 指针算术是什么?(如何在底层高效遍历连续内存)

指针加减到底在加减什么

指针算术不是简单地对地址数值做加减,而是按所指类型的大小自动缩放。比如 int* 指针加 1,实际地址偏移是 sizeof(int) 字节(通常是 4),不是 1 字节。

  • 错误现象:char* p = &arr[0]; p + 1 移动 1 字节,但 int* p = &arr[0]; p + 1 移动 4 字节 —— 若误以为都是+1字节,遍历时会越界或跳过元素
  • 使用场景:遍历数组、实现 memcpy / memmove 的底层循环、写 ring buffer 索引计算
  • 注意 void* 不支持算术运算(C++11 起编译报错),必须先转为具体类型指针

ptr[i] 还是 *(ptr + i)

二者完全等价,编译器生成的汇编指令一致,选哪个纯看可读性。但理解后者有助于看清底层机制。

  • arr[i] 是语法糖,本质就是 *(arr + i)arr 本身是数组名,隐式退化为指针
  • 性能无差异,现代编译器都优化成相同指令(如 x86 的 lea 或直接基址+索引寻址)
  • 容易踩坑:ptr[-1] 合法但危险,需确保 ptr 不是指向数组首元素的指针(否则越界未定义)

跨数组边界的指针算术是未定义行为

C++ 标准只允许指针在“同一数组对象内”或“刚好指向末尾后一位置”做算术。超出即未定义,哪怕地址看起来合法。

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  • 常见错误:int arr[5]; int* p = &arr[4]; p + 2; —— p + 1 指向 &arr[5](允许),但 p + 2 已越界(不允许)
  • 即使 arr 后面紧挨着另一数组,也不能靠指针算术跨过去访问 —— 编译器可能做激进优化(如假设不会越界而删掉边界检查)
  • 调试时可能“恰好工作”,但换编译器/优化等级就崩溃,尤其 -O2 下更易暴露

std::vectorstd::array 的兼容性

只要容器内存连续(std::vectorstd::array 都保证),就能安全用指针算术遍历,但要注意获取方式。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

  • std::vector:用 &vec[0]vec.data() 得到 T*,再做算术;空 vector 时 data() 可能返回 nullptr,需判空
  • std::array:同理,arr.data()&arr[0] 都行,但 arr.begin() 返回的是迭代器,不是原生指针(除非显式取地址)
  • 别直接对 std::vector::iterator 做算术(虽然通常可行),因它只是类模板实例,标准不保证其底层是裸指针 —— 用 std::distance 或转 data() 更稳妥

最常被忽略的一点:指针算术依赖 sizeof(T),而结构体有对齐填充。若自己手写内存池或序列化逻辑,光数字段字节数不够,得用 sizeof 实测,不然偏移算错。

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