C语言数组下标-1你见过吗？

阳光穿透心脏的1/2处 2023-03-14 08:09 25阅读 0赞

不知道你有没有见过-1作为数组下标的，我算是见到了。当然这一点在Python之类的语言中毫不稀奇。

## 下标-1的代码 ##

这里redis源码中的一部分：

sds sdsMakeRoomFor(sds s, size_t addlen) {
        void *sh, *newsh;
        size_t avail = sdsavail(s);
        size_t len, newlen;
        char type, oldtype = s[-1] & SDS_TYPE_MASK;
        int hdrlen;
        //摘取部分代码

其中sds定义如下：

typedef char* sds

我们忽略其中的逻辑，其实可以看到在sds中有很多使用-1作为下标的。那么这里到底有什么含义？又有什么好处呢？别急！

## 数组下标访问 ##

我们都知道，数组下标可以以O(1)复杂度访问一个数组的元素：

int arr[] = {1,2,3,4,5};
    printf("%d\n",arr[2]);

上面的示例代码中，就是访问了数组的第三个元素，实际上，作用等价于;

printf("%d\n",*(arr+2))；

这一点，我已经在《[C语言入坑指南-数组之谜][C_-]》中解释过了。arr相当于int\*类型指针，+2，意味着指针向前移动了sizeof(int) \* 2，即8字节的位置，最终指向数字3。关于指针的算术运算，也可以参考《[void\*是怎样的存在][void]》。

再看下面：

int *pArr = arr + 2;
    printf("%d\n",pArr[-1]);//printf("%d\n",*(pArr-1))

这里也很好理解，无非就是pArr指向数字3，然后又使用下标-1，访问了前一个位置，最终自然指向了数字2，打印的也是2。

到目前为止，一切都还合情合理。

但是，我们别忘了，数组越界是一件很可怕事情。比如，你试试：

printf("%d\n",arr[16]);
    printf("%d\n",arr[-1]);

运气不好的时候，程序不会挂死，只是打印出一些莫名其妙的值，运气好的时候，程序挂死。（有人可能会问，为什么程序不会挂死，运气还算好呢？因为不挂死的时候，一些隐藏的问题更让人抓狂）。

到这里我们明白了，**为了数组下标访问不越界**，通常下标范围是0～size-1，其中size是数组元素个数。

那么问题来了，redis的源码中为什么要用-1作为下标呢？

## 巧妙的-1 ##

实际上，sds其中的一个结构（8bit范围长度）定义是这样的：

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
        uint8_t len; /* used */
        uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
        unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
        char buf[];
    };

其中

__attribute__ ((__packed__))

是取消字节对齐，关于字节对齐，可以参考《[理一理字节对齐的那些事][Link 1]》,本文不再赘述。

而在每一次创建新的sds结构的时候，返回的指针，都是指向buf这里从源码的sdsnewlen函数中很容易看出：  
即：

<table style="width:100px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>1字节</th> 
   <th>1字节</th> 
   <th>1字节</th> 
   <th>&nbsp;</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>len</td> 
   <td>alloc</td> 
   <td>flags</td> 
   <td>buf</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>↑</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

所以我们看到前面这样的代码也就不足为奇了：

oldtype = s[-1] & SDS_TYPE_MASK;

这里的-1相当于将指针指向了flags字段：

<table style="width:100px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>1字节</th> 
   <th>1字节</th> 
   <th>1字节</th> 
   <th>&nbsp;</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>len</td> 
   <td>alloc</td> 
   <td>flags</td> 
   <td>buf</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>↑</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

相信到这里你应该能理解-1的作用了。

那么为什么要这么做呢？想象一下，使用strlen是不是直接可以计算sds字符串的长度了呢？

## 总结 ##

一般来说-1这样的用法是不太建议的，或者说，在使用下标访问数组时，必须确保不越界。

## 预告 ##

redis中为什么不用普通的char\*存储字符串，而要使用所谓的简单动态字符串？背后究竟隐藏着怎样的秘密？请看下文详细分解。

[C语言为什么只需要include<stdio.h>就能使用里面声明的函数?][C_include_stdio.h]

[教你写出健壮可靠的shell脚本！][shell]

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[Link 1]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI2OTA3NTk3Ng==&mid=2649285630&idx=2&sn=2177f83259dd944bc9bf09fda6da6b51&chksm=f2f99099c58e198f7b4c13194f89de35e37f6ebd8fd06b91249d55e3cd4d02b73f7a44f7646b&scene=21#wechat_redirect
[C_include_stdio.h]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI2OTA3NTk3Ng==&mid=2649285772&idx=1&sn=32b11ed6f4c7ce6900886cf6cc4dd59f&chksm=f2f997ebc58e1efd9f679b57d128399553e81e434f72b3af35e9ef290e52f6278d86b792c837&scene=21#wechat_redirect
[shell]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI2OTA3NTk3Ng==&mid=2649285701&idx=1&sn=0f9f594b121740a8148d344093ccaf49&chksm=f2f99722c58e1e345c9e4867990805c9cd1c0122bd073ea43a8d73c14e2b896960a522f27b1c&scene=21#wechat_redirect
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