c - 如果两个指针都被强制转换为整数类型，是否将它们与 < undefined 行为进行比较？

Question

假设我有这段代码，可以根据它们的位置以特定顺序将一个内存块复制到另一个内存块:

void *my_memmove(void *dest, const void *src, size_t len)
{
    const unsigned char *s = (const unsigned char *)src;
    unsigned char *d = (unsigned char *)dest;

    if(dest < src)
    {
        /* copy s to d forwards */
    }
    else
    {
        /* copy s to d backwards */
    }

    return dest;
}

如果src，这是未定义的行为和 dest不要指向同一数组的成员^{( 6.8.5p5 )}。

但是，假设我将这两个指针转换为 uintptr_t类型:

#include <stdint.h>

void *my_memmove(void *dest, const void *src, size_t len)
{
    const unsigned char *s = (const unsigned char *)src;
    unsigned char *d = (unsigned char *)dest;

    if((uintptr_t)dest < (uintptr_t)src)
    {
        /* copy s to d forwards */
    }
    else
    {
        /* copy s to d backwards */
    }

    return dest;
}

如果它们不是同一数组的成员，这仍然是未定义的行为吗？如果是，我可以通过哪些方式合法地比较内存中的这两个位置？

_{我看过 this question ，但它只处理相等性，而不处理其他比较运算符( < 、 > 等)。}

Answer 1

转换是合法的，但从技术上讲，没有为结果定义任何含义。相反，如果您将指针转换为 void *然后转换为 uintptr_t , 定义了轻微的含义:执行反向操作将重现原始指针(或等价物)。

特别是，您不能依赖一个整数小于另一个整数这一事实来表示它在内存中较早或具有较低的地址。

uintptr_t 的规范(C 2018 7.20.1.4 1) 表示它具有任何有效的属性 void *可以转换为uintptr_t , 然后转换回 void * , 结果将与原始指针比较。

但是，当您转换 unsigned char *至 uintptr_t ，您没有转换 void *至 uintptr_t .所以 7.20.1.4 不适用。我们只有 6.3.2.3 中指针转换的一般定义，其中第 5 和第 6 段说:

An integer may be converted to any pointer type. Except as previously specified [involving zero for null pointers], the result is implementation-defined, might not be correctly aligned, might not point to an entity of the referenced type, and might be a trap representation.

Any pointer type may be converted to an integer type. Except as previously specified [null pointers again], the result is implementation-defined. If the result cannot be represented in the integer type, the behavior is undefined. The result need not be in the range of values of any integer type.

所以这些段落除了告诉您实现文档应该告诉您转换是否有用之外没有任何帮助。毫无疑问，它们存在于大多数 C 实现中。

在您的示例中，您实际上以 void * 开始来自参数并将其转换为 unsigned char *然后到uintptr_t .所以补救措施很简单:转换为 uintptr_t直接来自 void * .

对于我们有一些其他指针类型的情况，而不是 void * , 那么 6.3.2.3 1 就有用了:

A pointer to void may be converted to or from a pointer to any object type. A pointer to any object type may be converted to a pointer to void and back again; the result shall compare equal to the original pointer.

因此，与 void * 之间的转换被定义为保留原始指针，因此我们可以将其与 void * 的转换结合起来至 uintptr_t :

(uintptr_t) (void *) A < (uintptr_t) (void *) B

自 (void *) A必须能够出示原件A转换回来后，(uintptr_t) (void *) A必须能够生产其 (void *) A , 然后 (uintptr_t) (void *) A和 (uintptr_t) (void *) B如果 A 必须不同和 B是不同的。

这就是我们从 C 标准中可以说的关于比较的全部内容。从指针转换为整数可能会产生乱序的地址位或其他一些奇怪的情况。例如，它们可能会产生一个包含 16 位段地址和 16 位偏移量的 32 位整数。其中一些整数可能对较低地址具有较高值，而其他整数对较低地址具有较低值。更糟糕的是，同一个地址可能有两种表示形式，因此即使A，比较结果也可能显示“小于”。和 B引用同一个对象。