C++由于错误使用下标运算符引发的未定义错误

港控/mmm° 2024-03-17 10:46 111阅读 0赞

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#### 文章目录 ####

*  前言
 *  一、下标运算符是什么？
 *  二、复现步骤
 *   *  1.写一个简单的类层次
     *  2.原因解析
     *  2.解决方法
 *  总结

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## 前言 ##

本节讲一个由于下标使用错误引发的未定义错误，看似很简单的一个错误，可能反而在开发中会出错。

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## 一、下标运算符是什么？ ##

C++下标运算符是运算符的一种，主要用途是访问数组元素。C++将内置数组、array和string称为“拟容器”。本质上它们存储元素，本身就是一种容器，只不过都有一些限制条件或包含额外组件，所以就没有包含在容器列表里。

数组的使用几乎在每个程序中都会遇到，下标操作也是耳熟能详的。看似再自然不过的操作，仍然是隐藏一些“致命错误”，只不过不太容易被发现。

## 二、复现步骤 ##

我们都知道数组下标+1并不是简单的数字+1，而是“偏移量”，这种“偏移量”和元素类型有关系，实际上是偏移了一个元素的大小。今天的错误就出现在多态场景下。  
首先

### 1.写一个简单的类层次 ###

代码如下（示例）：

class Shape {
        
    public:
        virtual void draw() {
         std::cout << "shape" << std::endl; }
    };
    
    class Circle: public Shape{
        
    public:
        void draw() override {
         std::cout << "circle" << std::endl; }
    };

这是一个很简单的类层次，Circle继承了Shape并复写了draw，如果分别创建对象会打印不同的内容。  
问题来了，请看如下代码：

cout << sizeof(Shape) << sizeof(Circle) << endl;
        Circle a1[10];
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        
            a1[i].draw();
        }
        Shape *p1 = a1;
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        
            p1[i].draw();
        }

正常执行，没有报错。在这里因为多态特性的缘故，打印20个circle。看似对的结果能说明代码写得就没问题吗？当然不能。  
我们稍微改一下：

class Shape {
        
    public:
        virtual void draw() {
         std::cout << "shape" << std::endl; }
    };
    
    class Circle: public Shape{
        
    private:
    	int i{
        1};
    public:
        void draw() override {
         std::cout << "circle" << std::endl; }
    };

有意思的来了，只打印了11个circle就崩溃了。那么原因何在呢？

### 2.原因解析 ###

数组下标访问是依靠偏移量来遍历的，这个偏移量是指相对于元素首地址的偏移量。假如首地址是p，对于每一个元素来讲偏移量就是p+n\*sizeof(T)，这里的T就是元素类型，比如在我的机器上int是4个字节（有些机器int可能不是4字节）。

所以问题来了，没有int i\{1\};的Circle的偏移量和Shape是一样的；然而，加了这个变量他们的偏移量就不一样了，这样算出来的地址就是错误的，访问错误的内存地址导致程序崩溃。

所以说上面没有报错的原因只是凑巧不加变量的Circle和Shape占的空间一样大，都是8。所以，这个错误被巧妙地“绕过去了”。

### 2.解决方法 ###

使用标准库的array替代内置数组，array不存在上述的转换问题。

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## 总结 ##

1、整体不难，但是一不小心就出错。  
2、优先使用标准库替代，增强可移植性和强保证。