一起来玩指针黑魔法吧！

C++

很久没写博客了，那这次就写一篇稍微硬核一点的……写得有点杂乱×

数组与指针

int arr[10];

当提到arr到底是什么的时候，一些人可能会说它是指向数组首元素的指针，即&arr[0]。但事实上，这种说法是不对的。

数组的类型就是数组。

也就是说，arr就是一个可以存放 10 个int的数组，其类型为int [10]。

但是在某些情况下，数组名会隐式类型转换为指向数组首元素的指针，例如：

std::cout << *(arr + 1);

上述代码中，arr即被转换为了int*，这句代码等价于：

std::cout << arr[1];

反过来，[]运算符其实会展开成那样。说到这里，就不得不提一下，arr[1]还可以写作1[arr]。因为前者会展开成*(arr + 1)，后者会展开成*(1 + arr)，这两个当然是一样的。

数组退化为指针时，会产生一些问题，比如丢失长度信息。

int sum(int* arr) {
    int length = sizeof(arr) / sizeof(int);
    int s = 0;
    for (int i = 0; i < length; ++i) {
        s += arr[i];
    }
    return s;
}

上述函数的理想作用为对传入的arr数组进行求和，但由于传入参数时，数组退化为指针，已经丢失了长度信息，所以sizeof(arr)其实是一个int*所占的字节数。解决这个问题的方法有很多，例如再传入该数组的长度作为第二个参数。

既然arr是数组，那么&arr是什么呢？

&arr是arr这个数组的指针，类型为int (*)[10]。当arr退化为指针时，其值与&arr的值相同，不过由于它们的类型不同，对它们进行运算得到的结果也不同。我们知道，对于指针进行加减运算，其实是以该指针基类型所占的字节数为单位进行移动的。如arr + 1，则移动了 4 字节。而&arr的基类型为 10 个元素的int数组，那么&arr + 1自然会移动 40 字节。

你可能注意到int (*)[10]中的*是加了括号的，而这个括号也是必要的。如果不加，int* [10]则变成了int* pointer[10]中pointer的类型，即有 10 个int*元素的数组。

C++ 11引入了“序列 for 循环”，例如：

for (auto i : arr) {
    std::cout << i << " ";
}

这样做就可以遍历arr中的每个元素。

假设你有一个奇葩的需求，比如要从arr[1]开始遍历，而且想用序列 for 循环，那该怎么办呢？

一位同学写出了如下的代码（当然是不对的）：

for (auto i : arr + 1) {
    std::cout << i << " ";
}

由于对arr进行了运算，它退化成了指针。而序列 for 循环依赖于std::begin()与std::end()，这两个函数仅对数组和容器有效。

指针之间是可以相互转换的。

我们可以通过恰当的类型转换来完成上述任务。

for (auto i : *(int (*)[9])(arr + 1)) {
    std::cout << i << " ";
}

之前我们提到，数组首元素地址与数组地址值相同，现在我们需要从arr[1]开始遍历，那自然，从这里开始的数组有 9 个元素，数组地址与arr[1]地址相同，所以我们把arr + 1这个指针转换为数组指针，再解引用，即得到了这个数组，也就可以使用序列 for 循环语句了。

虚函数表

我们知道C++使用虚函数实现多态特性。对象中有一个虚函数表指针，而虚函数表中则存放了虚函数们的指针。有没有什么办法来验证呢？请看如下程序：

#include <iostream>
using namespace std;
class Test {
public:
    virtual void fun1() {
        cout << "fun1 is called" << endl;
    }
    virtual void fun2() {
        cout << "fun2 is called" << endl;
    }
}; 
typedef void (*func)();
int main() {
    Test t;
    cout << &t << endl;
    cout << (int*)(&t) << endl;
    cout << (int*)*(int*)(&t) << endl;
    func f1 = (func)*((int*)*(int*)(&t) + 0);
    func f2 = (func)*((int*)*(int*)(&t) + 1);
    f1();
    f2();
    return 0;
} 

为简单起见，在测试类中只有两个无参无返回值的虚函数。而func为指向无参无返回值的函数的指针类型。

一般情况下，虚函数表指针位于对象最开始。我们假设该程序为 32 位程序，即所有地址占 4 字节。那么虚函数表指针就位于对象开始 4 字节。

(int*)(&t)即将该对象指针转换为int*，解引用后获得该对象开始 4 字节的数据，即虚函数表指针的值，再将该值转换为int*，则(int*)*(int*)(&t)就是虚函数表首元素的地址了。我们令int* p = (int*)*(int*)(&t)，现在就可以把p看成一个装着虚函数地址的数组了。*(p + 0)就是该数组第一个元素，即第一个虚函数fun1的地址，再把它转换为func类型，到此，我们就可以成功调用fun1了！由于p数组是连续的，*(p + 1)则是第二个虚函数fun2的地址。

思考：如果是 64 位程序，会有什么不同呢？
（本文完，想到啥再补充×）