C 指針算術運算全解析：步長規則、數組遍歷、陷阱避坑

C 指針算術運算全解析

指針加減整數不是簡單的字節偏移，而是按指向類型大小縮放。本文通過實測代碼、記憶體地址變化圖解、三種遍歷方式對比，徹底講透指針算術的規則與陷阱。

核心規則

ptr + n → 新地址 = ptr + n * sizeof(*ptr)

ptr - n → 新地址 = ptr - n * sizeof(*ptr)

結果指針類型、指向類型不變；步長 = sizeof(指向類型)。

實測代碼與地址變化

#include 
int main() {
    char str[] = {'a','b','c','d','e'};
    int *p = (int*)str;   // 強轉為 int*
    char *q = str;        // char*

    printf("str 首地址: %p\n", (void*)str);  // 0x7ffd...
    printf("q 初始: %p\n", (void*)q);        // 同 str
    printf("p 初始: %p\n", (void*)p);        // 同 str

    q++;   // +1 byte
    p++;   // +4 bytes (sizeof(int))

    printf("q++ 後: %p (差 %td)\n", (void*)q, q - (char*)str);  // +1
    printf("p++ 後: %p (差 %td)\n", (void*)p, p - (int*)str);   // +1 (但實際字節 +4)
    return 0;
}

輸出示例：

str 首地址: 0x7ffd12345670
q 初始: 0x7ffd12345670
p 初始: 0x7ffd12345670
q++ 後: 0x7ffd12345671 (差 1)
p++ 後: 0x7ffd12345674 (差 1，但字節跨度 4)

三種數組遍歷方式對比

關鍵陷阱

1. 類型不匹配遍歷：int *p = (int*)char_arr; p++ 跳過 4 字節，導致漏讀/越界。
2. 指針減指針：結果是 ptrdiff_t（有符號），表示元素個數差，非字節差。
   p2 - p1 == (char*)p2 - (char*)p1) / sizeof(*p1)
3. void* 算術：標準 C 禁止（GCC 擴展允許，按 1 字節計）。請轉為 char* 再運算。
4. 跨數組邊界：指針只能指向數組內或緊隨其後一個元素（arr + len），其他均為 UB。
5. 溢位：有符號整數溢位是 UB，索引運算請用 size_t/ptrdiff_t。

進階：指針差值計算元素個數

int arr[10];
int *p1 = &arr[2], *p2 = &arr[7];
ptrdiff_t diff = p2 - p1;   // 5 (元素個數)
size_t bytes = (char*)p2 - (char*)p1;  // 20 (字節數)

小結

指針算術的本質是 「元素級偏移」。牢記 ptr ± n → ± n * sizeof(*ptr) bytes，配合 char* 做字節級操作、ptrdiff_t 存差值、嚴守數組邊界，即能安全、高效地玩轉指針運算。