在联合中组合指针和整数

Question

我已经定义了一个union，如下所示：

union {
  uintptr_t refcount;
  struct slab_header *page;
} u;

保证page指针在页面边界上对齐（最可能是4096），并且永远不会为NULL 。 这意味着最低可能的地址将是4096 。

refcount将在0 .. 4095 。

在创建封闭结构时，我可以使用u.refcount = 0或u.page = mmap(...) 。

这个联盟的代码将是这样的：

if (u.refcount < 4096) {
  /* work with refcount, possibly increment it */
} else {
  /* work with page, possibly dereference it */
}

这总是保证在完全符合POSIX的实现上工作吗？ 是否有可能uintptr_t和struct slab_header *具有不同的表示形式，例如，当u.page == 8192 ， u.refcount < 4096产生真？

Answer 1

我不认为它“始终保证工作”，因为：

uintptr_t是可选的（7.18.1.4）。
void *可以转换为uintptr_t并返回（7.18.1.4）。 并不保证struct slab_header*就是这种情况。 void *具有与指向字符类型的指针相同的表示和对齐要求。 指向结构的指针不需要具有相同的表示或对齐（6.2.5 27）。 即使不是这种情况，也没有什么能保证sizeof(uintptr_t) == sizeof(void *) ，它显然可以更大并且仍然满足在均匀指针的典型情况下可转换为void *的要求。
最后，即使它们具有相同的大小并且是可转换的，指针值的表示也可能以与无符号整数的奇怪方式不同。 无符号整数的表示相对受限（6.2.6.2 1），但指针上不存在这样的约束。

因此，我总结出最好的方法是拥有一个告诉国家的共同初始元素。

Answer 2

我要回答一个不同的问题 - “这是个好主意吗？” 我从代码中看到的更重要的担心是别名问题。 我不会感到惊讶（事实上，我会温和地期待它），如果有可能写一段具有影响的代码

你可能会嗤之以鼻，但我已经看到了这种情况 - 如果你不了解危险，那么调试需要很长时间。

你可能对这个特殊的联盟很安全; 我将把它留给那些对此类事物有更多经验的人（和/或C标准的副本）以做出判断。 但我想强调一下，这是值得担心的重要事项 ！

还有另一项费用。 将union与“魔术”测试结合使用以发现存储在其中的内容 - 尤其是使用系统特定事实的内容 - 将使您的代码更难以阅读，调试和维护。 您可以采取措施来缓解这一事实，但这始终是一个问题。

当然，当有人试图在奇怪的机器上使用它时，代码的成本根本不起作用。

正确的解决方案可能是以某种方式构建代码，以便关注数据布局的唯一代码是几个小的inline访问例程，以便您可以轻松地交换如何存储内容。 组织您的代码以使用编译时标志来选择哪一个！

现在我已经说了所有这些，我真的想问的问题（并希望让你养成考虑的习惯）：“它值得吗？” 您正在牺牲自己的时间，代码可读性，编程的简易性和可移植性。 你有什么收获？

很多人忘记提出这个问题了，他们编写复杂的错误代码时，简单易用，易于编写和读取代码同样出色。

如果你发现这个改变会使时间密集型例程的性能翻倍，那么它可能值得处理这个hack。 但是如果你正在研究这个只是因为它是一个节省8个字节的聪明技巧，那么你应该把它视为一个智力练习。

Answer 3

我认为<stdint.h>和C99标准保证uintptr_t和void*具有相同的大小并且可以不丢失地进行转换。

针对指针进行页面对齐是一个实现细节。

Answer 4

该代码应该有任何问题。 但是对于任何情况，您都可以在程序的init中进行检查：

if (sizeof(uintptr_t) != sizeof (struct slab_header*)
{
    print error
}

但似乎有些东西（或不清楚）。 当你有一个页面时，你希望“refcount”为0。 页面为NULL时不为零？

Answer 5

这总能保证有效吗？

不可以。你不能读到与最后一个不同的工会成员。 优化器确实考虑到了这一点，因此这不是一个理论问题。

是否有可能uintptr_t和struct slab_header *具有不同的表示形式，例如，当u.page == 8192时，u.refcount <4096会产生真？

这在理论上也是可能的。 我想不出它出现的当前实现。