深入理解为什么只允许地址减法而不允许除法加法乘法

在计算机编程中，地址减法是唯一一种被允许的地址运算，其它的加法、乘法和除法都是不允许的。在本文中，我们将深入理解为什么只允许地址减法而不允许其他的地址运算。

什么是地址减法

地址减法不是计算两个地址之间的差值，而是计算指针中存储的值之间的差值，通常用于计算数组中的元素个数或者计算两个指针之间的元素个数。例如，下面的代码使用了地址减法来计算数组中的元素个数：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *ptr1 = arr;
int *ptr2 = &arr[2];
int n = ptr2 - ptr1; // n == 2

在这个例子中，ptr2 - ptr1 的结果是2，因为在内存中 arr[0]、arr[1] 和 arr[2] 是依次存储的，所以指针 ptr1 到 ptr2 之间有两个元素。

为什么只允许地址减法

在计算机内存中，每个变量和数组元素都有一个地址，可以使用指针来存储和操作这些地址。指针是一种存储另一种数据类型地址的变量，而地址就是指向内存中存储位置的编号。因此，指针本质上是一个地址值。

指针可以加上或减去一个整数，但是这个整数必须是一个指针可以指向的类型大小的整数倍。例如，如果一个指针指向一个 int 类型的变量，那么它可以加上或减去一个 int 类型的整数。这是因为指针加上一个整数实际上是让指针指向内存中的另一个位置，而这个位置的地址是由指针的值和整数的乘积计算得出的。

相反，指针不能进行乘法、除法和取模运算，因为在内存中变量和数组元素所占的空间大小是固定的。在 C 语言中，每个数据类型都有一个规定的大小，例如，int 类型通常占用 4 个字节的内存空间，而 char 类型通常占用 1 个字节的内存空间。因此，指针只能加上或减去一个指向的类型大小的整数倍，这样可以保证指针不会跨越一个或多个变量或数组元素的边界。

在 C 语言中，指针可以指向内存中的任何位置，因此，对指针进行加、减、乘、除或取模运算等可能会跨越一个或多个变量或数组元素的边界，这样就会产生未定义的行为或错误的结果。因此，C 语言只支持地址减法运算，以避免这些问题发生。

总结

C 语言只允许地址减法运算，这是因为这是一种安全的、可预测的、无误的操作，可以在数组和指针中计算元素的数量或距离。与加法、乘法和除法不同，地址减法可以保证不跨越变量或数组元素的边界，从而避免了产生未定义的行为或错误的结果。