32位或64位系统中的指针算术长短

Posted 2023-02-16

【中文标题】32位或64位系统中的指针算术长短

【英文标题】：Pointer Arithmetic long and short in 32bit or 64bit System

【发布时间】：2021-07-13 18:08:45

【问题描述】：

我刚准备考试，问下面的问题，下面的程序在32位还是64位生成什么输出？

#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv)

 long *p = (long *)8;
 short *q = (short *)0;
 int c, i, l;

 p = p + 1;
 q = q + 1;

 printf("p = %p q = %p\n", p, q);

 c = (char *)p - (char *)q;
 i = (int *)p - (int *)q;
 l = (long *)p - (long *)q;

 printf("c = %d, i = %d, l = %d\n", c, i, l);

 return 0;

在 32bit 上的结果如下：

p = 0xc q = 0x2
c = 10, i = 2, l = 2

64位的结果如下：

p = 0x10 q = 0x2
c = 14, i = 3, l = 1

只有我必须承认，我根本无法理解这些结果，因为当我计算一个指针时，它应该指向内存中随机的东西，它总是出现 0xc 或 0x10。

有人可以帮我吗？

【问题讨论】：

如果将1 添加到指针，它会将类型的大小添加到指针变量持有的值（地址）。因此，当您将 1 加到 short *q 时，它的值会增加 2。请注意，c = (char *)p - (char *)q; 是 未定义的行为，因为它是不同对象之间的指针运算。

你懂十六进制数吗？

是的，现在它更有意义了。所以我添加 8 + 4（32 位长）字节 = 12 0xc 和 8+8（64 位长）字节 = 16 0x10。现在有意义

但第二个打印。简而言之，当我将我的 12 字节长投射时，它是 12 倍 1 字节的镜头，对吗？减法 1 个短字节是 11，但结果是 10 ...这没有意义，或者我错过了什么？

它应该指向内存中随机的东西 - 但是%p 不是打印指针目标的值，而是指针本身。这些语句都没有取消引用指针。在为他们分配了那些硬编码的值之后，无论如何你都会遇到麻烦。

【参考方案1】：

只有我必须承认，我根本无法理解这些结果，因为当我计算一个指针时，它应该指向内存中随机的东西，它总是出现 0xc 或 0x10。

程序不会访问任何指针的“指针指向的内存中的值”。它只做指针运算（改变指针指向的东西）。

这个问题的目标可能是测试你是否了解指针运算在 C 中的工作原理。

指针算法在 C 中的工作原理是它隐藏了“乘以 sizeof（无论指针指向什么）”。换句话说，p = p + n; 大致相当于p = (char *)p + n * sizeof(*p);，或者p = &p[n];。

【讨论】：

是的，谢谢，taht 帮助了我，但是在减法中围绕这些指针进行投射时的行为如何？ c = (char *)p - (char *)q;

@JoeDaniel：强制转换为(char *) 有效地禁用了“乘以 sizeof()”行为（通过将其变为“乘以 1”，它什么都不做，因为 sizeof(char) 是 1）。它还可以防止编译器抱怨不同类型的减法。

我现在玩了一点，所以 c 是有意义的，它基本上是 12-2 = 10 这是正确的但是 i = (int *)p - (int *)q;是2（32bit），是怎么生成的？

【参考方案2】：

首先，我应该指出，这段代码中有很多未定义的行为，并且它做出了许多标准无法保证的假设。但话虽如此，这个问题可以根据您在典型实现中看到的内容来回答。

假设两台机器上的数据类型大小（以字节为单位）为：

type	32-bit size	64-bit size
long	4	8
int	4	4
short	2	2
char	1	1

同样，我不认为这些是有保证的，但它们非常典型。

现在考虑一下代码在做什么。首先是设置

   long *p = (long *)8;
   short *q = (short *)0;

这些地址不引用有效数据（至少，不可移植），但代码从未真正引用它们。它所做的只是使用它们来执行指针运算。

首先，它增加它们：

   p = p + 1;
   q = q + 1;

将整数添加到指针时，整数会按目标数据类型的大小进行缩放。所以在p的情况下，比例是4（32位）或8（64位）。在 q 的情况下，比例为 2（在这两种情况下）。

所以p 变为 12（32 位）或 16（64 位），q 变为 2（在这两种情况下）。以十六进制打印时，12 是0xc，16 是0x10，所以这和你看到的一致。

然后在首先将它们转换为各种不同的指针类型之后，获取两个指针之间的差异：

 c = (char *)p - (char *)q;
 i = (int *)p - (int *)q;
 l = (long *)p - (long *)q;

这些结果表现出未定义的行为，但如果您假设所有指针值都是字节地址，那么这就是正在发生的事情。

首先，当两个相同类型的指针相减时，差值除以目标数据类型的大小。这给出了分隔两个指针的该类型元素的数量。

所以在c（类型char *）的情况下，它除以1，得到原始指针差异，即（12 - 2）= 10（对于32位）和（16 - 2） = 14（对于 64 位）。

对于i（类型int *），它除以4（并截断结果），所以差是10 / 4 = 2（对于32位）和14 / 4 = 3（对于64-位）。

最后，对于l（类型long*），它除以4（对于32位）或8（对于64位），再次截断结果。所以区别是 10 / 4 = 2（对于 32 位）和 14 / 8 = 1（对于 64 位）。

同样，C 标准不保证任何这一点，因此假设这些结果将在不同平台上获得是不安全的。

【讨论】：

首先，非常感谢您的回答，现在一切都变得更清楚了。 :D

我有一个额外的问题，当我从像 char **p = (char **)5; 这样的指针中获取指针时会发生什么p+=2 ?当我打印它时，它是 0xd (13) 但不应该是 7 就像我在没有秒 * 的情况下做的那样？

@JoeDaniel 它再次按指针目标的大小缩放它。在这种情况下，指针的类型为char **，因此目标的类型为char *，即目标本身就是一个指针。所以 2 按sizeof(char *) 缩放。同样，这取决于系统。在具有 4 字节指针的系统上，您将得到 5 + 2*4 = 13。但同样，这是未定义的行为，并且您正在对未对齐的指针进行算术运算，因此无法保证任何这一点。