c++ - 在指针中编码其他信息

Question

我的问题:

我需要在指向对象的指针中编码有关该对象的其他信息。
我以为我可以做的是使用指针的一部分来做。也就是说，使用一些位对 bool(boolean) 标志进行编码。据我所知，Windows内核中的某些类型的句柄可以完成相同的操作。

背景:

我正在写一个小型的内存管理系统，可以垃圾收集未使用的对象。为了减少对象引用的内存消耗并加快复制速度，我想将指针与其他编码数据一起使用，例如对象的状态( Activity 或准备好收集)，锁定位以及可以用单个位表示的类似内容。

我的问题:

如何在不实际覆盖指针的重要位的情况下将此类信息编码为64位指针？

由于x64窗口的地址空间有限，我相信并不是所有64位指针都被使用，因此我相信应该是可能的。但是，我无法找到Windows实际用于指针的哪些位，以及哪些不用于指针的位。为了澄清，此问题与64位Windows上的用户模式有关。

提前致谢。

Answer 1

这在很大程度上取决于所使用的体系结构，操作系统和编译器，但是如果您知道这些事情，则可以使用它来做一些事情。

x86_64在硬件中定义了一个面向48位1字节的虚拟地址空间，这意味着基本上所有的OS和编译器都将使用该地址空间。这意味着:

所有有效地址的前17位必须全部相同(全0或全1)

任何2k字节对齐地址的后k位必须全为0

此外，几乎所有操作系统(至少Windows，Linux和OSX)都保留将高位设置为内核地址的地址-所有用户地址的高17位必须全部为0s

因此，这为您提供了多种方法，可将有效指针打包为少于64位，然后再使用shift和/或mask指令重建原始指针。

如果只需要3位，并且始终使用8字节对齐的指针，则可以使用后3位对额外的信息进行编码，并在使用指针之前将其屏蔽。

如果需要更多位，可以将指针向上(向左)移动16位，并使用低16位作为信息。要重建指针，只需右移16。

要对指针进行移位和屏蔽操作，您需要将它们强制转换为 intptr_t或 int64_t(在C或C++的任何64位实现上，它们的类型都相同)

1有一些提示，可能很快就会有硬件将其扩展到56位，因此仅前9位需要为0或1，但是要等待任何操作系统支持，这还需要一段时间。