C 中指针比较如何工作？可以比较不指向同一数组的指针吗？

在 K&R（C 编程语言第二版）第 5 章中，我读到了以下内容：

首先，在某些情况下可以比较指针。 如果p and q指向同一个数组的成员，那么关系如下==, !=, <, >=等工作正常。

这似乎意味着只能比较指向同一数组的指针。

但是当我尝试这段代码时

    char t = 't';
    char *pt = &t;
    char x = 'x';
    char *px = &x;

    printf("%d\n", pt > px);

1被打印到屏幕上。

首先，我认为我会得到未定义或某种类型或错误，因为pt and px不指向同一个数组（至少在我看来）。

Also is pt > px因为两个指针都指向存储在栈上的变量，而栈是向下增长的，所以t大于x？这就是为什么pt > px是真的？

当引入 malloc 时，我会更加困惑。在第 8.7 章的 K&R 中，还写了以下内容：

然而，仍然有一个假设，即指向由sbrk可以进行有意义的比较。标准不保证这一点，该标准仅允许在数组内进行指针比较。因此这个版本的malloc仅在一般指针比较有意义的机器之间可移植。

将指向堆上分配的空间的指针与指向堆栈变量的指针进行比较没有任何问题。

例如，以下代码运行良好，使用1正在打印：

    char t = 't';
    char *pt = &t;
    char *px = malloc(10);
    strcpy(px, pt);
    printf("%d\n", pt > px);

根据我对编译器的实验，我认为任何指针都可以与任何其他指针进行比较，无论它们单独指向哪里。此外，我认为两个指针之间的指针算术很好，无论它们分别指向哪里，因为算术只是使用指针存储的内存地址。

尽管如此，我对在 K&R 上读到的内容感到困惑。

我问的原因是因为我的教授。实际上把它变成了一个考试题。他给出了以下代码：

struct A {
    char *p0;
    char *p1;
};

int main(int argc, char **argv) {
    char a = 0;
    char *b = "W";
    char c[] = [ 'L', 'O', 'L', 0 ];

   struct A p[3];
    p[0].p0 = &a;
    p[1].p0 = b;
    p[2].p0 = c;

   for(int i = 0; i < 3; i++) {
        p[i].p1 = malloc(10);
        strcpy(p[i].p1, p[i].p0);
    }
}

这些评估的目的是什么：

1. p[0].p0 < p[0].p1
2. p[1].p0 < p[1].p1
3. p[2].p0 < p[2].p1

答案是0, 1, and 0.

（我的教授确实在考试中包含了免责声明，即问题适用于 Ubuntu Linux 16.04、64 位版本编程环境）

（编者注：如果允许更多标签，最后一部分将保证x86-64 /questions/tagged/x86-64, linux /questions/tagged/linux， 有可能assembly /questions/tagged/assembly。如果问题/类的重点是特定的低级操作系统实现细节，而不是可移植的 C。）

根据C11标准 http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/docs/n1570.pdf, 关系运算符<, <=, >, and >=只能用于指向同一数组或结构对象的元素的指针。第 6.5.8p5 节对此进行了详细说明：

当两个指针进行比较时，结果取决于 所指向的对象在地址空间中的相对位置。 如果两个指向对象类型的指针都指向同一个对象，或者 两者都指向同一数组的最后一个元素 对象，它们比较相等。如果指向的对象是 同一聚合对象的成员、结构体指针 后来声明的成员比较大于指向的指针 结构中前面声明的成员，以及指向的指针 下标值较大的数组元素比较大于 指向同一数组中具有较低下标值的元素的指针。 指向同一联合对象的所有成员的指针进行比较 平等的。如果表达式 P 指向数组的一个元素 对象和表达式 Q 指向最后一个元素 同一个数组对象，指针表达式 Q+1 比较大于 P。 在所有其他情况下，行为是未定义的。

请注意，任何不满足此要求的比较都会调用未定义的行为 https://en.wikipedia.org/wiki/Undefined_behavior，这意味着（除其他外）您不能依赖结果是可重复的。

在您的特定情况下，对于两个局部变量的地址之间以及本地地址和动态地址之间的比较，该操作似乎“有效”，但是通过对代码进行看似不相关的更改，结果可能会发生变化甚至使用不同的优化设置编译相同的代码。具有未定义的行为，只是因为代码could崩溃或产生错误并不意味着它will.

例如，在 8086 实模式下运行的 x86 处理器具有分段内存模型，使用 16 位段和 16 位偏移量来构建 20 位地址。因此在这种情况下，地址不会精确地转换为整数。

相等运算符== and !=但没有这个限制。它们可以在任意两个指向兼容类型的指针或 NULL 指针之间使用。所以使用== or !=在你的两个例子中都会产生有效的 C 代码。

然而，即使有== and !=你可能会得到一些意想不到但仍然明确的结果。看不相关指针的相等比较可以计算为 true 吗？ https://stackoverflow.com/q/45966762/1687119有关此的更多详细信息。

关于你的教授给出的考试问题，它做出了一些有缺陷的假设：

• 存在平面内存模型，其中地址和整数值之间存在一一对应关系。
• 转换后的指针值适合整数类型。
• 该实现在执行比较时只是将指针视为整数，而不利用未定义行为所提供的自由。
• 使用堆栈并且局部变量存储在那里。
• 堆用于从中提取分配的内存。
• 堆栈（以及局部变量）出现在比堆（以及分配的对象）更高的地址。
• 该字符串常量出现在堆的较低地址处。

如果您要在不满足这些假设的体系结构和/或编译器上运行此代码，那么您可能会得到非常不同的结果。

此外，这两个示例在调用时也表现出未定义的行为strcpy，因为右操作数（在某些情况下）指向单个字符而不是空终止字符串，导致函数读取超出给定变量的边界。