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指针运算的核心规则与地址加减的底层逻辑

悠悠楠杉

2025-08-26

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08/26

类型宽度决定步长
当对指针进行加减运算时，实际移动的字节数由指针类型决定。例如在32位系统中：
c int *p = 0x1000; p + 1; // 实际地址为0x1004（int类型占4字节） char *q = 0x2000; q + 1; // 实际地址为0x2001（char类型占1字节）
这种特性使得指针能自动适应不同数据类型的内存布局。
数组与指针的等价转换
数组名在多数情况下会退化为首元素指针，这使得：
c arr[i] 等价于 *(arr + i)
编译器会将下标运算转换为指针运算，这也是为什么数组越界检查需要开发者自觉维护。
关系运算的边界限制
指针比较（>、<）仅在同一个连续内存块内有效。比较栈指针和堆指针虽然语法允许，但实际是未定义行为：
c int stack_var; int *heap_ptr = malloc(sizeof(int)); // 以下比较无实际意义 if(&stack_var > heap_ptr) {...}
void指针的特殊性
void*指针不允许直接算术运算，必须强制类型转换后使用：
c void *vp = malloc(100); // vp += 1; // 编译错误 char *cp = (char*)vp; cp += 1; // 合法

当程序员写下ptr + n时，底层发生的不是简单的数值相加。CPU的地址总线会执行：
实际地址 = 基地址 + (n × 类型宽度)

这个过程涉及三个关键阶段：
1. 取类型宽度：从编译器符号表获取指针类型大小
2. 计算偏移量：执行乘法而非加法运算
3. 地址生成：MMU检查地址有效性

例如处理一个结构体指针：c
typedef struct {
int id;
char name[32];
float price;
} Product;

Product items[10];
Product *p = &items[0];
p += 3; // 实际跳过的字节数：3 × sizeof(Product)

内存块滑动窗口
在解析网络数据包时，常用指针滑动读取不同字段：
c void parse_packet(char *packet) { uint16_t *type = (uint16_t*)packet; char *payload = packet + 2; // ... }
动态多维数组访问
通过指针运算模拟多维数组：
c int *matrix = malloc(rows * cols * sizeof(int)); // 访问第i行j列 int element = *(matrix + i * cols + j);
零拷贝字符串处理
高效字符串截取不需要重新分配内存：
c char url[] = "https://example.com/path"; char *domain = strchr(url, '/') + 2;