C言語の配列、ポインタについて

Question

以下のようなプログラムを書きました。

#include <stdio.h>

void main()
{
	char test[16] = {0};
	printf("%p\n", test);  //①
	printf("%p\n", &test); //②
}

私の予想では①と②は、型がそれぞれ(char*)と(char**)なので、違うものが表示されると思っていたのですが、同じ値が出力されます。
そもそもコンパイルが通るのが不思議なくらいなのですが、なぜこのようなことになるのでしょうか？

Answer 1

言語仕様です、と言ってしまえばそれまでですが…。
配列は[]を省略すると、先頭アドレスを指します。
&配列変数名は、変数のアドレスを指します。なのでchar型ポインタになります。
恐らく[]を省略した場合にアドレスを指すというのがあるので、&配列変数名としたときにchar**になると誤解するのではと思います。
ちなみにchar**となるのは、char*p;などの場合です。

char a[10];
// 下記全て同じ意味
char *pa = a;
char *pa = &a;
char *pa = &a[0];

char *p;
char **pp = &p;

Answer 2

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
int main()
{
    uint32_t test[16] = {0};
    printf("%p\n", test);  // p
    printf("%p\n", test+1); // p + 0x4
    printf("%p\n", &test); // p
    printf("%p\n", (&test)+1); // p + 0x40
    //printf("%p\n", &(test+1)); // エラー
}

test <- 先頭要素のアドレス
&(test) <- 配列全体を一つのデータとしてみたときのアドレス

Answer 3

静的にとられた領域なのでメモリ上同じアドレスになると思います、動的に取れば異なります。

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

char test[16] = "ABCDE";
void main(void) {
    printf("%p\n", test);
    printf("%p\n", &test);

    char *s;
    s = (char *)malloc(16);
    printf("%p\n", s);
    printf("%p\n", &s);

    free(s);
}

Answer 4

#コンパイルが通る理由

printfの文字列の右側の要素にたいした型チェックがないからです。
printfは一番左側で渡された文字列を解析し、右側の引数が何かを判別し動作する関数です。
渡された値で決定するのではなく、文字列内の%から続くパラメータを見て初めて変数の存在を判別します。

この値が正しい場所を指していればint型で渡そうが例えば文字列を渡すことはできます。

char *str = "test";
unsigned long value = (unsigned long)str;

printf("%s\n", value); // unsingned longだが"test"が表示される
printf("%p\n", str);
printf("%p\n", value);

※上記でulongを使っているのは、アドレスが符号無しでないと格納できないからです。

%pでも%dでもなんでも同じです。
printfはvoid*の解釈を文字列から推測するだけです。

%pの値が同じものを２つ渡せば、当然同じ値になります。

#配列test[]のtestと&testを渡した結果が同じ理由

アドレスが何のアドレスなのか考えてみてください。
メモリがどこに確保されているのか、深く考えてみてください。

char array[] = "test";

array  // array変数のアドレス
&array // array変数のアドレス


char *textp = "test";

textp  // test文字列のアドレス
&textp // text変数のアドレス

arrayと&arrayがさす場所が同じなのは自明です。
配列型のアンパサンドが無い場合の先頭アドレスを示す動作が、ポインタとかぶっているだけです。
配列型変数は、内容の先頭アドレスと、変数のアドレスそのものが同じです。
よく考えてみれば自然な仕組みです。

一方、textポインタは配列ではありませんから、別の文字列のある場所を指しているポインタ変数です。
ポインタ変数そのものと文字列の場所が異なります。
だからtextpと&textpの値は変わります。

---

あるノートに大事なことが書いてあるとします。

配列はノートそのものです。
どこに書いてあるかという記憶がポインタです。

ノートを見れば大事なことが読める。
読み方は同じです。

ノートのアドレスはノートそのものです。
情報の位置とノートの位置は常に同じです。
どこに書いてあるかという記憶のアドレスは脳にあります。

Comments

[tacsheaven]

printf といえば、printf("%p\n"); これがコンパイルも実行も通るんですよね（ｗ これでどんな値が表示されるかは実行環境依存です。
printf("Hello World\n") とかやってしまってる解説、昔はあったんですよねえ……（エラーも警告もなしでコンパイル通るからたちが悪い）

[haru666]

んん？ただのコンソールアウトなので、printf("Hello World\n");は問題ないのでは…？

[tacsheaven]

厳密には printf は書式指定があって、それに対する実引数を適用するものなので、2つ以上の引数がないとおかしいのです。
"Hello World" のようなリテラルならいいんですが、ここに %s とか含んでたら、どういう動作をするかは仕様上未定義です。（実装上はスタック領域を読んでしまうので、printf を呼び出したアドレスからを強引に文字列としてメモリダンプしてしまいます）
ここに変数突っ込んでたりしたらもお大変（ｗ

それもあって、printf("%s", "Hello World\n"); のように書く癖をつけないと危ないのですが、そこら辺をスルーしている書籍が多かったのですよ。
※もっとも、現行の JIS の C の規格書でもそういう記述があったりするのですが

[haru666]

なるほど！
printf("%s", string)は安全性のためのハックって認識です。
動作上はコスト増えますし。

固定の文字列ならOKですが、おっしゃるように以下のような例ではNGです。

void ConsoleOut(LPCTSTR message)
{
printf(message);
}

Hello Worldプログラムにそういうのをいれないのはそれはそれでいいんじゃないですかね。
初心者の人からしたらなんでそんなことするのかわかりませんしね。

[episteme]

format文字列に"%"がひとつもないのは合法だから
printf("Hello World\n") がダメじゃないっしょ。

%xxの数 と 後続する引数の数/型 が合わないときが問題ってだけで。