当指针指向使用 malloc() 获得的内存位置时，编译器如何处理 CONST 限定符？

Question

我真的不知道怎么取一个更好的标题，请大家多多包涵。

我知道的。

当我做这样的事情时：

#include <stdio.h>

int main ( void ){
    const char *arr = "Hello";

    arr[0] = 'B';
    printf( "Arr = %s\n", arr );
}

我不会得到 segfault 因为应用 const 限定符我向编译器承诺我不会触及 arr 指向的那个值。

至少在我的系统上（Linux mint 18.3 with GCC 7.2.0）我得到：

program.c:6:16: error: assignment of read-only location ‘*arr’
         arr[0] = 'B';
                ^

下一个

当我这样做时：

const char *const arr = "Hello";

如以下程序：

#include <stdio.h>

int main ( void ){
    const char *const arr = "Hello";

    while ( *arr != '[=13=]' ){
        arr++;
    }
    printf( "Arr = %s\n", arr );
}

编译器也知道我保证不会递增指针并且它看到了：

program.c:7:16: error: increment of read-only variable ‘arr’
             arr++;
                ^~

我不明白。

编译器究竟如何处理这种情况：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main ( void ){
    const char *const arr = calloc( 256 * sizeof( *arr ), sizeof( *arr ) );

    strcpy ( (char*)arr , "Hello" );
    printf( "Arr = %s\n", arr );

    free ( (char*)arr );
}

在这里，当我调用 strcpy() 时我被迫施放 arr 并且 free() 也是如此。
但是为什么编译器看不到（忽略）这样一个事实，即即使我做了一个 "promise" 我不会尝试修改该变量，它也会忽略 const 限定符？

此外，当我执行以下操作时：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main ( void ){
    const char *const arr;

    while ( *arr != '[=16=]' ){
        arr++;
    }

    free ( (char*)arr );
}

编译器发现我正在尝试递增指针：

program.c:9:16: error: increment of read-only variable ‘arr’
             arr++;
                ^~

但是忽略了我承诺过我不会修改这个值

此处涉及 malloc 的事实是否对编译器有某种意义，即它需要忽略所有这些 const 限定符？ ...
还是我在这里遗漏了一些重要的东西？

Answer 1

这一部分很简单：

strcpy ( (char*)arr , "Hello" );

看到 (char*) 了吗？当你这样做时，你收回了承诺。如果你写了

strcpy (arr, "Hello");

没有转换，编译器会反对。

另一部分是了解 const C 中指针上的注释仅与指向的内存位置是否可写有微弱的联系。 malloc 和 calloc 返回的堆块总是在是可写的内存区域中。当您将 const 指针指向由 malloc 返回的堆块时，编译器将反对任何通过该指针进行写入的尝试，但是如果您丢弃 const（取返回承诺），或者如果你只是忽略警告，写入将在运行时正常工作，因为内存区域仍然是可写的，即使指针是 const.

相反，字符串文字通常位于不可写的内存区域。您仍然可以使用非 const 指针来引用它们，并且编译器不会反对您通过这些指针进行写入，但是写入不会在运行时工作，因为内存区域是只读的。并且用 const 声明的 数据对象 （例如 const int numbers[] = { 1, 2, 3 };）也被放入只读内存区域，所以你不能再次写入它们——无论或者你不是通过一个非const指针来做的。

通常可以改变一个内存区域是否可写，但是你必须使用像mprotect这样的操作系统函数。转换不会为您做这些——事实上，它们通常根本不会生成任何代码。

Answer 2

此处投给char *

strcpy ( (char*)arr , "Hello" );

让编译器忽略你的承诺只在这个地方。

如果 arr 指向的对象最初是作为非常量创建的，那么你没问题。如果不是，那么它是 未定义的行为，您可能会遇到段错误。

Answer 3

如果指针最初不是 const，您可以从指针中删除 const。

callocreturns一个void *。当您将其分配给 const char * 时，您会添加 const。但是C的规则允许你临时加const，以后再去掉。您可能想要这样做，例如，当某些例程创建数据时，然后将数据提供给其他一些只应读取数据的例程，但稍后，指针被传回以被释放或进一步更改，在这种情况下const 必须删除。

总之，const是给想守规矩的软件一个便利。当您不小心尝试使用 const 指针进行写入时，它要求编译器通知您。它确实一定会阻止您通过不恰当地删除 const 来故意违反规则。

(开篇说得更准确一点：C对指针的转换非常灵活，可以在很大程度上转换不同类型的指针，只要满足对齐要求即可。它实际上是使用指针访问运行时的内存做错了会惹上麻烦。）

Answer 4

直接应用于变量定义的const意味着该变量的值永远不会改变。

但是当一个指针指向一个 const 类型时，这并不意味着它指向的东西永远不会改变，只是它不能通过那个特定的指针改变。

例如，这个程序是完全有效的：

#include <stdio.h>
int main(void) {
    char str[] = "abcd";
    const char* p = str;
    str[0] = 'x';
    printf("%s\n", p); /* Prints "xbcd" */
    return 0;
}

请注意，p 指向的数据已通过其原始对象进行了更改，即使 p 被声明为指向 const。然后p继续指向有新值的对象str[0]。

在您的calloc示例中，没有const变量定义，因此不能保证数据不变。您承诺不会仅通过 arr 更改它。但是随后显式转换会创建另一个没有 const 限制的指针，并且可以使用它更改最初的非常量数据。

当指针指向使用 malloc() 获得的内存位置时，编译器如何处理 CONST 限定符？

How do compilers treat CONST qualifier when the pointer points to a memory location obtained with malloc()?

c

malloc

gcc

linux-mint