计算地址差异是未定义的行为吗？

Posted 2023-03-25

【中文标题】计算地址差异是未定义的行为吗？

【英文标题】：Is calculating address difference undefined behaviour?

【发布时间】：2020-08-28 15:06:34

【问题描述】：

假设我执行以下操作：

void g(int* x)

    int y = 0;
    auto diff = uintptr_t(&y) - uintptr_t(x);


void f()

    int x = 0;
    g(&x);

diff 是否仅具有未定义的值，或者代码是否调用未定义的行为？根据规范，代码是否保证运行良好并计算diff 的值，可能毫无意义，或者它是否调用UB？我相信有一些关于不相关变量的东西，但无法确定它。

我对自（包括）C++ 11 以来的任何标准的答案感兴趣。

来自 cmets 的讨论：Print stack in C++

【问题讨论】：

见：timsong-cpp.github.io/cppwp/expr.add#5

@NathanOliver - 这适用于指针本身，而不适用于从它们获得的整数。

@JesperJuhl - 代码没有减去 指针。

std::ptrdiff_t 定义了一个类型

@QuentinUK 这在这里没用。如果不转换为uintptr_t，由于不受单个对象/数组的限制，您的减法将具有未定义的行为。事实上，这就是使用 uintptr_t 的全部原因。

【参考方案1】：

引用 C++11 标准草案。关于将指针转换为整数的主题

[expr.reinterpret.cast]

5整数类型或枚举类型的值可以显式 转换为指针。转换为整数的指针 足够的大小（如果实现中存在这样的大小）并返回到 相同的指针类型将具有其原始值；之间的映射 指针和整数是由实现定义的。

由于必须为要编译的代码定义uintptr_t，因此目标机器上存在一个整数类型，可以作为指针到整数转换的目标。映射是实现定义的，但最重要的是结果不是不确定的。这意味着您为这两种转换都获得了一些有效的整数。

所以减法不是未定义的行为。但结果是实现定义的。

【讨论】：

这非常有用。我没有意识到 uintptr_t 的演员阵容有多么重要。如果代码直接&y - x，答案仍然成立吗？

@Jeffrey - 不。直接减去指针是未定义的。 Nathan Oliver 在您的帖子下的评论有相关的标准段落。

【参考方案2】：

将指针转换为足够大小的整数是明确定义的，从另一个整数中减去无符号整数是明确定义的，无论它们的值如何。这里没有未定义的行为。

此外，标准不保证转换后的整数有任何特定值，因此也不保证它们的减法结果。