问题

为什么指针不能相加?

回答
好多人在学习 C 语言或者 C++ 的时候都会遇到一个问题:为什么指针不能像普通的数字那样直接相加呢?比如 `int p1, p2; p1 + p2;` 这种操作,编译器直接给你报错,告诉你这是不允许的。这其实挺反直觉的,毕竟我们处理地址嘛,地址不就是一串数字吗?

其实,这背后的原因涉及到计算机内存模型和 C 语言的设计哲学,让指针的运算更加安全和有意义。咱们掰开了揉碎了说一说。

指针到底是什么?

首先,我们得明确指针到底是个啥玩意儿。指针变量存储的是内存地址。它不像普通变量那样存储“值”(比如一个整数 5),而是存储“这个值在哪里”。

举个例子,你有一栋楼,楼里有很多房间。
一个 `int` 变量就像你房间里的一个具体物品,比如一把椅子。椅子本身是有形状、有颜色的。
一个 `int ` 指针就像你手里的一张纸条,上面写着“椅子在 302 室”。这张纸条本身不是椅子,但它告诉你椅子的位置。

指针运算的本质:偏移量

如果你能直接相加两个 `int ` 指针,比如说 `p1 + p2`,那结果会是一个什么呢?是两个地址加起来的另一个地址?这个新的地址指向哪里?我们无法从这个相加结果中得到任何有意义的信息。

C 语言的设计者们很聪明,他们知道指针的真正威力在于偏移。也就是说,从一个已知的内存位置开始,往前进(或往后退)多少个“单位”的内存。

这里的“单位”非常关键,它不是字节,而是指针所指向的数据类型的大小。

想想看,如果 `p1` 指向一个 `int` 类型的数据,那么 `p1 + 1` 并不是指往内存地址上加 1 个字节,而是加一个 `int` 类型所占用的字节数。如果 `int` 在你的系统上是 4 个字节,那么 `p1 + 1` 实际上是 `p1 + 4` (字节)。

这就像我们前面说的房间号例子:
如果 `p1` 指向“椅子在 302 室”。
那么 `p1 + 1` 意味着“下一个房间,也就是 303 室”。我们不是说“椅子在 302 室,加上另一个椅子在 401 室”,而是说“我从 302 室开始,找下一个房间”。

指针的算术运算(加减)都是基于“它指向的类型的大小”来计算的,而不是字节。 这种运算叫做“指针的比例缩放算术”(scaled arithmetic)。

为什么不能直接相加?

既然指针运算是基于偏移量,那么直接相加两个偏移量的起始点(也就是两个指针指向的地址)有什么意义呢?

1. 缺乏意义的组合: 将两个内存地址简单地加起来,这个结果的地址通常指向一个完全无关的内存区域,或者根本就不是一个有效的地址。它不代表从第一个地址开始,跳到第二个地址的“中间”的某个位置,也不代表两个地址的“平均”位置(那可以用 `(p1 + p2) / 2` 的形式,但这是加完后再除,而且通常也不这么做,更常见的是 `p1 + (p2 p1) / 2` 这种差值运算)。

2. 安全和类型安全: C 语言的设计理念之一是提供强大的底层控制能力,同时也要避免一些低级的错误。如果允许任意的指针相加,你可能很容易写出访问非法内存的代码。编译器阻止这种操作,就是为了防止你犯下这种“自相残杀”式的错误。

想象一下,如果你有两个指向不同数组的指针,或者一个指向数组开头,一个指向数组末尾,然后你把它们相加。这个结果你能理解它代表什么吗?编译器无法对这种不确定的行为进行定义,所以直接禁止。

3. 指针相减的意义: 相反,指针的相减是有意义的。如果你有两个指针,它们都指向同一个数组(或连续的内存区域),那么 `p2 p1` 的结果是一个整数,这个整数表示 `p2` 指向的元素比 `p1` 指向的元素靠后多少个单位。

回到房间例子:
`p1` 在 302 室。
`p2` 在 305 室。
`p2 p1` 的结果会是 `3`。这告诉你,从 302 室到 305 室,中间隔了 3 个房间。

这个相减操作的结果是 `ptrdiff_t` 类型,它是一个有符号整数类型,专门用来表示两个指针之间的差值。

允许的操作类型

在 C 和 C++ 中,对指针允许的运算主要有以下几种:

指针 + 整数: 产生一个新的指针,指向原始位置往后偏移整数个类型单位的地址。
指针 整数: 产生一个新的指针,指向原始位置往前偏移整数个类型单位的地址。
指针 指针: 仅当两个指针都指向同一个数组(或数组的末尾)时,结果是一个整数,表示它们之间的偏移量(以元素单位)。
指针 == 指针 / 指针 != 指针: 比较两个指针是否指向同一个地址。
指针 < 指针 / 指针 > 指针 等关系运算: 仅当两个指针都指向同一个数组(或数组的末尾)时,比较它们在内存中的相对位置。

总结

所以,指针不能相加的核心原因在于:

相加无意义: 两个内存地址的简单相加没有一个普遍的、有意义的解释,它不像指针与整数相加那样代表了“偏移”。
类型安全和稳定性: 阻止这种操作是为了避免开发者编写出潜在的、难以调试的内存访问错误,保证程序的健壮性。

指针的强大在于它能让你精确地控制内存中的位置,并能方便地在这些位置之间进行相对跳转(通过加减整数)或者计算相对距离(通过指针相减)。直接相加这种“绝对位置”的组合,在绝大多数情况下都不是编程者想要表达的逻辑。

网友意见

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C语言纯量类型的类型信息只在编译阶段有效,运行期间各种纯量类型没有区别。指针本身与整数都属于纯量类型(区别于结构或对象)。

即便C++在有rtti的情况下记录了对象类型的实际类型,但一个单纯的指针作为指针还是整数使用从反汇编的角度来看也是没有区别的。

另外,如果你把指针强制当整数使用,当然是可以相加的,这不仅在操作还是在编译上都没有问题。还是那句话,对C语言来说,编译成代码之后指针跟整数就没有区别了。所以无论你使用指针还是整数类型,对反汇编的玩家来说都一样。


看到题主补充了一些,我再提示一下,外挂与你源代码怎么写没有任何关系,因为你编译的程序本来也就看不见源代码,也看不见for循环,也看不见变量名。

游戏的程序编译之后本来就是你能想象的最天书的样子。防外挂在原理上就是不现实的,因为外挂根本不依赖你的源代码怎么写。

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