Стенли Липпман - Язык программирования C++. Пятое издание

Указатель на элемент "после последнего" у встроенного массива ведет себя так же, как итератор, возвращенный функцией end()вектора. В частности, нельзя ни обратиться к значению такого указателя, ни осуществить его приращение.

Указатели на элементы массива позволяют использовать все операции с итераторами, перечисленные в табл. 3.6 и 3.7. Эти операции, обращения к значению, инкремента, сравнения, добавления целочисленного значения, вычитания двух указателей, имеют для указателей на элементы встроенного массива то же значение, что и для итераторов.

Результатом добавления (или вычитания) целочисленного значения к указателю (или из него) является новый указатель, указывающий на элемент, расположенный на заданное количество позиций вперед (или назад) от исходного указателя.

constexpr size_t sz = 5;

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

int *ip = arr; // эквивалент int *ip = &arr[0]

int *ip2 = ip + 4; // ip2 указывает на arr[4], последний элемент в arr

Результатом добавления 4к указателю ipбудет указатель на элемент, расположенный в массиве на четыре позиции далее от того, на который в настоящее время указывает ip.

Результатом добавления целочисленного значения к указателю должен быть указатель на элемент (или следующую позицию после конца) в том же массиве:

// ok: arr преобразуется в указатель на его первый элемент;

// p указывает на позицию после конца arr

int *p = arr + sz; // использовать осмотрительно - не обращаться

// к значению!

int *p2 = arr + 10; // ошибка: arr имеет только 5 элементов;

// значение p2 неопределенно

При сложении arrи szкомпилятор преобразует arrв указатель на первый элемент массива arr. При добавлении szк этому указателю получается указатель на позицию sz(т.е. на позицию 5) этого массива. Таким образом, он указывает на следующую позицию после конца массива arr. Вычисление указателя на более чем одну позицию после последнего элемента является ошибкой, хотя компилятор таких ошибок не обнаруживает.

Подобно итераторам, вычитание двух указателей дает дистанцию между ними. Указатели должны указывать на элементы в том же массиве:

auto n = end(arr) - begin(arr); // n - 5, количество элементов

// массива arr

Результат вычитания двух указателей имеет библиотечный тип ptrdiff_t. Как и тип size_t, тип ptrdiff_tявляется машинозависимым типом, определенным в заголовке cstddef. Поскольку вычитание способно возвратить отрицательное значение, тип ptrdiff_t— знаковый целочисленный.

Для сравнения указателей на элементы (или позицию за концом) массива можно использовать операторы сравнения. Например, элементы массива arrможно перебрать следующим образом:

int *b = arr, *е = arr + sz;

while (b < e) {

// используется *b

++b;

}

Нельзя использовать операторы сравнения для указателей на два несвязанных объекта.

int i = 0, sz = 42;

int *p = &i, *е = &sz;

// неопределенно: p и е не связаны; сравнение бессмысленно!

while (p < е)

Хотя на настоящий момент смысл может быть и неясен, но следует заметить, что арифметические действия с указателями допустимы также для нулевых указателей (см. раздел 2.3.2) и для указателей на объекты, не являющиеся массивом. В последнем случае указатели должны указывать на тот же объект или следующий после него. Если p— нулевой указатель, то к нему можно добавить (или вычесть) целочисленное константное выражение (см. раздел 2.4.4) со значением 0. Можно также вычесть два нулевых указателя из друг друга, и результатом будет 0.

Результатом добавления целочисленного значения к указателю является указатель. Если полученный указатель указывает на элемент, то к его значению можно обратиться:

int ia[] = {0,2,4,6,8}; // массив из 5 элементов типа int

int last = *(ia + 4); // ok: инициализирует last значением

// ia[4], т.е. 8

Выражение *(ia + 4)вычисляет адрес четвертого элемента после iaи обращается к значению полученного указателя. Это выражение эквивалентно выражению ia[4].

Помните, в разделе 3.4.1 обращалось внимание на необходимость круглых скобок в выражениях, содержащих оператор обращения к значению и точечный оператор. Аналогично необходимы круглые скобки вокруг части сложения указателей:

last = *ia + 4; // ok: last = 4, эквивалент ia[0] + 4

Этот код обращается к значению iaи добавляет 4к полученному значению. Причины подобного поведения рассматриваются в разделе 4.1.2.

Индексирование и указатели

Как уже упоминалось, в большинстве мест, где используется имя массива, в действительности используется указатель на первый элемент этого массива. Одним из мест, где компилятор осуществляет это преобразование, является индексирование массива.

int ia[] = {0,2,4,6,8}; // массив из 5 элементов типа int

Рассмотрим выражение ia[0], использующее имя массива. При индексировании массива в действительности индексируется указатель на элемент в этом массиве.

int i = ia[2]; // ia преобразуется в указатель на первый элемент ia

// ia[2] выбирает элемент, на который указывает (ia + 2)

int *p = ia; // p указывает на первый элемент в массиве ia

i = *(p + 2); // эквивалент i = ia[2]

Оператор индексирования можно использовать для любого указателя, пока он указывает на элемент (или позицию после конца) в массиве.

int *p = &ia[2]; // p указывает на элемент с индексом 2

int j = p[1]; // p[1] - эквивалент *(p + 1),

// p[1] тот же элемент, что и ia[3]

int k = p[-2]; // p[-2] тот же элемент, что и ia[0]

Последний пример указывает на важное отличие между массивами и такими библиотечными типами, как vectorи string, у которых есть операторы индексирования. Библиотечные типы требуют, чтобы используемый индекс был беззнаковым значением. Встроенный оператор индексирования этого не требует. Индекс, используемый со встроенным оператором индексирования, может быть отрицательным значением. Конечно, полученный адрес должен указывать на элемент (или позицию после конца) массива, на который указывает первоначальный указатель.

В отличие от индексов для векторов и строк, индекс встроенного массива не является беззнаковым.