C是否与C ++具有等效的std :: less？

Question

我最近在回答一个关于p < q当p和q是指向不同对象/数组的指针时在C 中执行的未定义行为的问题。这让我想到：C ++ <在这种情况下具有相同（未定义）的行为，但是还提供了标准库模板std::less，该模板保证可以返回与<可以比较指针时相同的东西，并在不能比较时返回一些一致的顺序。

C是否提供具有类似功能的东西，从而可以安全地比较任意指针（相同类型）？我尝试浏览C11标准并没有发现任何东西，但是我在C中的经验比在C ++中小得多，因此我很容易错过一些东西。

Answer 1

在具有平面内存模式的实现（基本上是所有模式）上，强制转换为uintptr_tJust Work即可。

（但是请参阅在64位x86中应该对指针比较进行签名还是不签名？以获取有关是否应该将指针视为带符号的讨论，包括在C的UB对象之外形成指针的问题。）

但是确实存在具有非平面内存模型的系统，对它们的思考可以帮助解释当前情况，例如C ++对<vs. 具有不同的规格std::less。

<指向独立对象（在C中为UB）（或至少在某些C ++版本中未指定）的on指针的部分意义是允许使用怪异的机器，包括非平面内存模型。

一个著名的示例是x86-16实模式，其中指针为segment：offset，通过形成20位线性地址(segment << 4) + offset。相同的线性地址可以由多个不同的seg：off组合表示。

std::less怪异ISA上的指针上的C ++ 可能需要昂贵，例如，“标准化” x86-16上的segment：offset以使offset <=15。但是，没有可移植的方法来实现这一点。 规范化uintptr_t（或指针对象的对象表示）所需的操作是特定于实现的。

但是，即使在C ++ std::less必须昂贵的系统上，<也不一定如此。例如，假设一个“大”内存模型，其中一个对象适合一个段，则<可以只比较偏移量部分，而不必理会段部分。（同一对象内的指针将具有相同的段，否则它在C中的UB。C ++ 17更改为仅“未指定”，这可能仍允许跳过规范化并仅比较偏移量。）这是假定所有指向任何部分的指针的对象始终使用相同的seg值，而不进行标准化。这就是您期望ABI需要“大”内存模型而不是“大”内存模型的原因。（请参阅注释中的讨论）。

（例如，这种内存模型的最大对象大小可能为64kiB，但最大总地址空间要大得多，可以容纳许多这样的最大大小的对象。ISOC允许实现对对象大小的限制小于最大值（无符号）size_t可以表示，SIZE_MAX例如，即使在平面内存模型系统上，GNU C也会将最大对象大小限制为最大值，PTRDIFF_MAX以便大小计算可以忽略带符号的溢出。）请参见此答案和注释中的讨论。

如果要允许对象大于段，则需要一个“巨大”的内存模型，该模型必须担心在p++遍历数组或执行索引/指针算术时指针的偏移量部分溢出。这会导致各处代码变慢，但可能意味着这p < q将适用于指向不同对象的指针，因为针对“巨大”内存模型的实现通常会选择始终将所有指针标准化。看到什么是近，远和巨大的指针？-某些用于x86实模式的真正C编译器确实具有针对“巨大”模型进行编译的选项，除非另有声明，否则所有指针均默认为“巨大”。

x86实模式分段并不是唯一可能的非固定内存模型，它只是一个有用的具体示例，用于说明C / C ++实现如何处理它。在现实生活中，实现通过使用farvs. near指针的概念扩展了ISO C ，允许程序员选择何时可以相对于某些公共数据段仅存储/传递16位偏移量部分。

但是，纯ISO C实现必须在小型内存模型（除具有16位指针的相同64kiB中的代码之外的所有内存）之间选择，或者在所有指针均为32位的情况下选择大型内存或大型内存。某些循环可以通过仅增加偏移量部分来进行优化，但是指针对象无法进行优化以使其更小。

如果您知道任何给定实现的魔术操作是什么，则可以用纯C实现。问题在于，不同的系统使用不同的寻址方式，并且任何可移植的宏都无法对详细信息进行参数设置。

也许不是：它可能涉及从特殊的段表中查找某些内容，例如x86保护模式而不是实模式，其中地址的段部分是索引，而不是左移的值。您可以在保护模式下设置部分重叠的段，并且地址的段选择器部分甚至不必与相应段基地址的顺序相同。如果GDT和/或LDT没有映射到您的进程中的可读页面中，则在x86保护模式下从seg：off指针获取线性地址可能涉及系统调用。

（当然，x86的主流OS使用平面内存模型，因此段基数始终为0（使用fs或gs段的线程本地存储除外），并且仅32位或64位“偏移”部分用作指针。 ）

您可以手动添加用于各种特定平台的代码，例如默认情况下假定为flat，或者#ifdef用于检测x86实模式的内容并将其拆分uintptr_t为16位的一半，seg -= off>>4; off &= 0xf;然后将这些部分组合回32位的数字。

Answer 2

否。我曾经尝试寻找解决方法，但找不到任何东西。

最好的选择可能是强制转换，uintptr_t并希望编译器做正确的事，就像我最终所做的那样：

void *memmove(void *dest, const void *src, size_t len)
{
    const unsigned char *s = (const unsigned char *)src;
    unsigned char *d = (unsigned char *)dest;

    /* The most portable this is ever going to get
     * without incurring an O(n) memory penalty
     */
    if((uintptr_t)dest < (uintptr_t)(void *)src)
    {
...

Answer 3

C是否提供具有类似功能的东西，从而可以安全地比较任意指针。

没有

首先让我们只考虑对象指针。 函数指针带来了其他一系列问题。

2个指针p1, p2可以具有不同的编码，并且指向相同的地址，因此p1 == p2即使memcmp(&p1, &p2, sizeof p1)不为0也是如此。此类架构很少见。

这些指针到的转换uintptr_t不需要相同的整数结果导致(uintptr_t)p1 != (uinptr_t)p2。

(uintptr_t)p1 < (uinptr_t)p2 本身就是很好的法律法规，可能无法提供所希望的功能。

如果代码确实需要比较不相关的指针，请形成一个辅助函数less(const void *p1, const void *p2)并在那里执行平台特定的代码。

也许：

// return -1,0,1 for <,==,> 
int ptrcmp(const void *c1, const void *c1) {
  // Equivalence test works on all platforms
  if (c1 == c2) {
    return 0;
  }
  // At this point, we know pointers are not equivalent.
  #ifdef UINTPTR_MAX
    uintptr_t u1 = (uintptr_t)c1;
    uintptr_t u2 = (uintptr_t)c2;
    // Below code "works" in that the computation is legal,
    //   but does it function as desired?
    // Likely, but strange systems lurk out in the wild. 
    // Check implementation before using
    #if tbd
      return (u1 > u2) - (u1 < u2);
    #else
      #error TBD code
    #endif
  #else
    #error TBD code
  #endif 
}