c++ - 可以使用 std::uintptr_t 来避免越界指针算法的未定义行为吗？

Question

现在我们知道，越界指针运算具有未定义的行为，如 SO question 中所述。 .

我的问题是:我们能否通过转换为 std::uintptr_t 进行算术运算然后转换回指针来解决此类限制？保证有效吗？

例如:

char a[5];
auto u = reinterpret_cast<std::uintptr_t>(a) - 1;
auto p = reinterpret_cast<char*>(u + 1); // OK?

现实世界的用途是优化偏移内存访问——而不是 p[n + offset] , 我想做 offset_p[n] .

编辑 为了使问题更明确:

给定一个基指针 p一个字符数组，如果 p + n是一个有效的指针，将 reinterpret_cast<char*>(reinterpret_cast<std::uintptr_t>(p) + n)保证产生相同的有效指针？

Answer 1

不，uintptr_t 不能有意义地用于在执行指针运算时避免未定义的行为。

一方面，至少在 C 中甚至不能保证 uintptr_t 存在。要求是类型 void* 的任何值都可以转换为 uintptr_t 并再次返回，从而在不丢失信息的情况下产生原始值。原则上，可能没有足够宽的无符号整数类型来容纳所有指针值。 (我认为这同样适用于 C++，因为 C++ 继承了大部分 C 标准库并通过引用 C 标准来定义它。)

即使 uintptr_t 确实存在，也不能保证对 uintptr_t 值的给定算术运算与对指针值的相应运算执行相同的操作。

例如，我曾研究过在软件中实现字节指针的系统(Cray vector 系统、T90 和 SV1)。 native 地址是指代 64 位字的 64 位地址；字节寻址没有硬件支持。 char* 或 void* 指针由一个字指针组成，其 3 位偏移量存储在其他未使用的高位中。整数和指针之间的转换只是复制位。因此，递增 char* 会使其指向内存中的下一个 8 位字节；递增通过转换 char* 获得的 uintptr_t 会使其指向下一个 64 位字。

这只是一个例子。更一般地说，指针和整数之间的转换是实现定义的，语言标准不保证这些转换的语义(除了在某些情况下转换回指针)。

所以是的，您可以将指针值转换为 uintptr_t(如果该类型存在)并对其执行算术运算，而不会冒未定义行为的风险——但结果可能有意义也可能没有意义。

碰巧，在大多数系统上，指针和整数之间的映射更简单，您可能可以摆脱这种游戏。但是您最好直接使用指针算法，并且非常小心地避免任何无效操作。