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CFSDN坚持开源创造价值，我们致力于搭建一个资源共享平台，让每一个IT人在这里找到属于你的精彩世界.
这篇CFSDN的博客文章C语言如何在指针中隐藏数据详解由作者收集整理，如果你对这篇文章有兴趣，记得点赞哟.
前言 。
编写 C 语言代码时，指针无处不在。我们可以稍微额外利用指针，在它们内部暗中存储一些额外信息。为实现这一技巧，我们利用了数据在内存中的自然对齐特性.
内存中的数据并非保存在任意地址。处理器通常按照其字大小相同的块读取内存数据；那么考虑到效率因素，编译器会按照块大小的整数倍对内存中的实体进行地址对齐。因此在 32 位的处理器上，一个 4 字节整型数据肯定存放在内存地址能被4整除的地方.
下面，假设系统中整型数据和指针大小均为 4 字节.
现在有一个指向整型的指针。如上所述，整型数据可以存放在内存地址 0x1000 或者 0x1004 或者 0x1008，但是决不会存放在 0x1001 或者0x1002 或者 0x1003 或者其他不能被4整除的任何地址。所有是4整数倍的二进制数都是以 00 结尾。实际上，这意味着对于所有指向整型的指针，它的最后两位总是 0.
那么有 2 比特没有承载任何信息。此处的技巧是将我们的数据放置到这两个比特中，在需要时使用，并在通过指针解引用来访问内存前删除它们.
由于 C 标准对指针位操作的支持不是很好，所以我们将指针保存为一个无符号整型数据.
下面是一段简短的简单代码片段。完整的代码查看 github 代码仓库中的hide-data-in-ptr.
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void
put_data(
int
*p, unsigned
int
data)
{
assert
(data < 4);
*p |= data;
}
unsigned
int
get_data(unsigned
int
p)
{
return
(p & 3);
}
void
cleanse_pointer(
int
*p)
{
*p &= ~3;
}
int
main(
void
)
{
unsigned
int
x = 701;
unsigned
int
p = (unsigned
int
) &x;
printf
(
"Original ptr: %un"
, p);
put_data(&p, 3);
printf
(
"ptr with data: %un"
, p);
printf
(
"data stored in ptr: %un"
, get_data(p));
cleanse_pointer(&p);
printf
(
"Cleansed ptr: %un"
, p);
printf
(
"Dereferencing cleansed ptr: %un"
, *(
int
*)p);
return
0;
}
|
代码输出如下
Original ptr: 3216722220 ptr with data: 3216722223 data stored in ptr: 3 Cleansed ptr: 3216722220 Dereferencing cleansed ptr: 701 。
我们可以在指针中存储任何可以用两个比特位表示的数据。使用 put_data() 函数，设置指针的最低两位为要存储的数据。该数据可以使用get_data() 函数获取。此处除了最后两位所有的位都被覆盖为零，于是我们隐藏的数据就显示出来.
cleanse_pointer() 函数将最低两位置零，保证指针安全地解引用。注意虽然有些 CPU（像 Intel 允许我们访问未对齐内存地址，但其余 CPU（像 ARM）会出现访问错误。所以，要牢记在解引用前保证指针指向已对齐内存地址.
这在实际中有应用吗?
是的，有应用。查看 Linux 内核中红黑树的实现（链接：https://github.com/torvalds/linux/blob/master/include/linux/rbtree.h）.
树的结点定义如下:
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struct rb_node {
unsigned
long
__rb_parent_color;
struct rb_node
*
rb_right;
struct rb_node
*
rb_left;
} __attribute__((aligned(sizeof(
long
))));
|
此处 unsigned long __rb_parent_color 存储了如下信息:
父节点的地址 。
结点的颜色 。
色彩的表示用 0 代表红色，1 代表黑色.
和前面的例子一样，该数据隐藏在父指针“无用的”比特位中.
下面看一下父指针和色彩信息是如何获取的:
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/* in rbtree.h */
#define rb_parent(r) ((struct rb_node *)((r)->__rb_parent_color & ~3))
/* in rbtree_augmented.h */
#define __rb_color(pc) ((pc) & 1)
#define rb_color(rb) __rb_color((rb)->__rb_parent_color)
|
内存中每一比特都很珍贵，咱们永远不要浪费。——（本文作者） 。
总结 。
以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对我的支持.
原文链接：https://www.jianshu.com/p/158110a2bdd1 。
最后此篇关于C语言如何在指针中隐藏数据详解的文章就讲到这里了,如果你想了解更多关于C语言如何在指针中隐藏数据详解的内容请搜索CFSDN的文章或继续浏览相关文章，希望大家以后支持我的博客！ 。
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