なぜそのメモリにアクセスができているのか

Question

こんにちは。

Cでメモリを動的確保できる配列を作るため、あるサイトを参考にシンプルなコードを書きました。
しかし、いくつもの不明箇所があり、"何をしていてなぜそうなるのか"理屈が掴めていません。
この理屈を理解したいので是非教えて欲しいのですが、主に以下の点で不明です。

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全体を通しての処理

1. (初期化)配列に入れたい型、個数、予約数、メモリを構造体に保持しておく。
2. (配列へ追加)先に配列全体で必要となるメモリ領域を確保？それからmemcpyで追加データをメモリの空位置へコピーしている？
3. (読み込み)読み込みたい要素のアドレスを返している...のか？？？

疑問点

1. _group_offset関数は予めメモリ領域を確保するためのコードなのか？しかしこの関数で値を読み取れていること自体のセオリーが不明。
2. _group_assign関数内でmemcpyによってコピーされるのはアドレスなのか？しかしmemcpyはoffsetの先頭文字列から順に転写していくはずなので追加順が逆転するのでは？

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


typedef struct Group {
    size_t size;
    size_t capacity;
    size_t element_size;
    void* data;
}Group;


static void* _group_offset(Group* group, size_t index)
{
	  /* 不明箇所その一(何をしてるのかわからない) */
    /* 40バイトブロック + (インデックス * 4バイト) ...を返すだけ？*/
    return group->data + (index * group->element_size);
}

static void _group_assign(Group* group, size_t index, void* element)
{
    /* 不明箇所その二(コピーしたoffsetは放置。しかしその後値へのアクセスはできている？？？) */
    /* 40バイトブロック返却で凡用ポインタ */
    void* offset = _group_offset(group, index);
    /* offsetにelementをgroup->element_size分コピー */
    memcpy(offset, element, group->element_size);
}

int main()
{
    Group group;

    group.size = 0;
    group.capacity = 10;
    /* 4バイト */
    group.element_size = sizeof(int);
    /* 40バイトのブロックを割当(予約保持数 * int型のバイトサイズ) */
    group.data = malloc(group.capacity * group.element_size);

    int a=8;
    int b=9;
    int c=23;
    int d=93232;
    int e=914444;
    int f=95555;
    _group_assign(&group, group.size, &a);
    /* groupに一人増えました */
    group.size++;
    
    _group_assign(&group, group.size, &b);
    group.size++;

    _group_assign(&group, group.size, &c);
    group.size++;

    _group_assign(&group, group.size, &d);
    group.size++;

    _group_assign(&group, group.size, &e);
    group.size++;

    _group_assign(&group, group.size, &f);
    group.size++;

    /* 本命なぜ該当位置の値が取得できるのか不明 */
    /* ここでなぜ93232が返ってくるんじゃ？？？ */
    int answer = *(int*)_group_offset(&group, 3);

}

Comments

[NoBeVo]

回答いただきましてありがとうございます。
多くの方から回答をいただき、感謝しています。
一番わかりやすく丁寧だった方にBAをつけました。
また、コンパイルエラーについての意見がありました。
こちらは投稿者の中で意見が分かれましたが、当方コンパイルには特に問題なかったことやそれに類する参考意見も鑑み、問題なしとの見解に至っています。
低評価や修正依頼がついてしまったことは残念です。
しかし質問に対しては素晴らしい回答が得られたと思います。

Answer 1

1. _group_offset関数は予めメモリ領域を確保するためのコードなのか？

いいえ。メモリの確保はmain関数内のmallocで済ませています。
これはアクセスすべきメモリのアドレスを返す関数です。

/* 40バイトブロック + (インデックス * 4バイト) ...を返すだけ？*/
return group->data + (index * group->element_size);

いいえ。
先頭アドレスからindex分だけ後方にあるメモリのアドレスを計算しています。

1. _group_assign関数内でmemcpyによってコピーされるのはアドレスなのか？

指定のアドレスに実際に置いてあるデータです。

しかしmemcpyはoffsetの先頭文字列から順に転写していくはずなので追加順が逆転するのでは？

memcpy(コピー先, コピー元, コピー長)

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とりあえずデータの種類をintに限定して組み替えてみては。
voidポインタを使う都合でコードがややこしくなっています。

Answer 2

• まず，_group_offset()の

return group->data + (index * group->element_size);
これは group->data から (index * group->element_size)バイトだけ進んだ位置を返す．

• なので，_group_assign()内の

offsetは，上記の位置を示す．よって，
memcpy(offset, element, group->element_size);
は，elementが指す位置からgroup->element_sizeバイト分の内容を，前期位置にコピーしている．

---

絵で描けばわかりやすいんだろうけど……

最初に割り当てた40バイトのメモリを
[0][1][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12]...[39]
と書けば，
ポインタgroup.dataは，[0]の位置を指している．

element_sizeが4なので，
例えば，_group_offset()にindexとして2を渡したとしたなら，
戻り値は，2*4 だけ進んだ位置，すなわち[9]の位置を指すポインタ．

Comments

[fana]

y_waiwaiさんの回答見て気づいたけど，void*への演算ってコンパイル通らない気がします．
この回答は「void*型への演算が1バイト単位でオフセットするなら」という話になりますね…．

Answer 3

_group_offset関数は予めメモリ領域を確保するためのコードなのか？しかしこの関数で値を読み取れていること自体のセオリーが不明。

違います。
中を見てもらえれば判ると思いますが、
return group->data + (index * group->element_size);
とあり、mallocで動的に確保したアドレス + (要素インデックス * １要素サイズ)の値が返ります。

つまり配列の指定した要素の先頭アドレスが返ってきます。
自分なら_group_get_element_addressとでも改名するかもしれません。

_group_assign関数内でmemcpyによってコピーされるのはアドレスなのか？しかしmemcpyはoffsetの先頭文字列から順に転写していくはずなので追加順が逆転するのでは？

違います。
アドレスがコピーされるのではなく、
アドレスが指し示す先のデータをコピーします。

Answer 4

_group_offset関数は予めメモリ領域を確保するためのコードなのか？

全く違います。コードを見ましょう
この関数が返すアドレスはどこのアドレスなのかよく考えてみよう
不正アクセスしてますぜ

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return group->data + (index * group->element_size);

data ってvoid*じゃねーかｗ
このコードってコンパイル通る、、のか？ｗ

Comments

[fana]

> このコードってコンパイル通る、、のか？ｗ
そう言われればそうですね．
（質問の雰囲気から動いてるっぽいので）これが何かしら通るコンパイラを使っているのかな．

[y_waiwai]

たしか最近のヤツではsizeof(void)は１となるとか見た覚えもあるような

[rubato6809]

コンパイル通ります。GCCで -Wall を指定してみましたが、不平不満一言も言いません。
void ポインタは、メモリアクセス（読み書き）はできませんが、そのアドレスに対する加算・減算だけはできます。この場合は group->data + なんたら、なので加算ですね。問題無し。

[fana]

VS2017でちょろっと書いてみると
C2036 'void *': サイズが不明です。
という当然な内容のエラーが出ますね．

[LouiS0616]

GCCでもclangでもコンパイル通りますが、-pedantic 立てると警告吐きますよ。clang曰くGNU拡張だそうです。

[rubato6809]

-pedantic ! ・・・そうだったか
void * ポインタを char * か unsigned char * に代入して計算するか、キャストするか。。。
でも質問者の手元ではコンパイル通ってるってことですよ。

[NoBeVo]

回答ありがとうございました。
ちなみに私はClangでC99バージョンでコンパイルしました。
型の多様性を保持したい場合はvoid*にするしかなかったのではないかと思います。(型が呼び出し元で違うなど)

[fana]

void*型を使っていることが問題だということではなく，
「void*に対して加算を行っている記述」の箇所がC言語としてはダメであってコンパイルエラーなハズという話ですよ．
そこをお使いのコンパイラ独自の言語拡張によってたまたま救われているという状況．

[rubato6809]

return (char*) group->data + (index * group->element_size);
とでもキャストすれば解決するでしょう。生成されるコードは何も変化しません。つまり実行時の安全性云々の話ではないし、やるべきことははっきりしてるからＧＣＣもclangもデフォルトで受け付けるわけです。
非標準ということは互換性の問題です。よその環境に持ち出すときは覚悟しろよ、何をやってるのか分かった上で使えよ、ってことですね。
はい、負け惜しみの弁でございます苦笑。

Answer 5

_group_offset関数は予めメモリ領域を確保するためのコードなのか？

違います。アドレスの計算をしているだけで、メモリ確保はしていません。

_group_assign関数内でmemcpyによってコピーされるのはアドレスなのか？

違います。elementとして与えられた先の中身をコピーしています。

Comments

[maisumakun]

メモリ確保は最初のmallocだけで、あとは確保した領域内で指す位置を変えているだけです。