C++由于错误使用下标运算符引发的未定义错误

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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; }
};
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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();
    }
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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; }
};
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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。