非NULL保留指针值

Question

如何创建保留指针值？

上下文是这样的:我一直在考虑如何为动态脚本语言实现数据结构(我不打算实现它 - 只是想知道它将如何完成).

字符串可以包含任意字节,包括NUL.因此,有必要单独存储该值.这需要一个指针(指向数组)和一个数字.第一个技巧是如果指针为NULL,则它不可能是有效字符串,因此该数字可用于实际整数.

如果可以创建第二个保留指针值,则可以用来暗示另一个字段现在被用作浮点值.可以这样做吗？

一种想法是mmap()一个没有权限的地址,也可以用来替换NULL指针的用法.

Answer 1

在任何现代系统中,你可以使用指针值1,2...... 4095这样的目的.另一个常见的选择是(uintptr_t)-1,技术上较差,但比使用频率更高1.

为什么这些价值"安全"？
现代系统通过使得无法在虚拟地址零处映射任何内容来防止NULL指针访问.几乎任何空指针的解除引用都会触及这个不存在的区域,硬件会告诉操作系统发生了一些不好的事情,这会触发操作系统对进程进行分段.
由于虚拟内存页面是页面对齐的(在当前硬件上至少为4k),并且没有任何内容映射到地址零,因此没有任何内容可以映射到整个范围0, ..., 4095,以相同的方式保护所有这些地址,您可以将它们用作特殊用途值.

为此目的保留了多少虚拟内存空间是一个系统参数,在linux上由它控制/proc/sys/vm/mmap_min_addr,root用户可以将其更改为零,这将禁用此保护(这不是一个非常聪明的想法).Ubuntu的默认值是64k(即16页).

这也是为什么(uintptr_1)-1不如安全的原因1; 即使任何超过一个字节的负载将达到零页面,地址(uintptr_1)-1本身也不一定以这种方式受到保护.因此,执行字符串操作(char*)-1不一定是段错误.

编辑:
我使用特殊映射的原始解释似乎有点陈旧,可能这是在旧的Mac/PPC平台上处理事情的方式.即使效果几乎相同,我也改变了答案的细节以反映现代linux.无论如何,重要的一点不是如何实现空页保护,重要的是任何理智的现代系统都会有一些空页保护,至少包含所提到的地址范围.在这个SO答案中可以找到更多细节:https://stackoverflow.com/a/12645890/2445184

Answer 2

在标准C(和标准C++)中,100%有效且有效的方法很简单:声明变量,将其地址用作魔术值.

char *ptr;
char magic;
if (ptr == &magic) { ... }

这保证了magic永远不会与另一个对象重叠.

魔术指针值也(char *) 1有其优点,但它很容易弄错(即使你忽略理论实现(char *) 1可能是一个有效的对象,如果你(int *) 1用作魔术指针值,并且优化器假设int *值适当对齐,它可能会删除仅在100%有效代码中的非操作检查,而不是在您的代码中),我建议采用标准方法,并且只有在您发现它们可以帮助您进行调试时才可选择暂时切换到魔术指针值.