Warum ist NULL/0 ein illegaler Speicherort für ein Objekt?

Ich verstehe den Zweck der NULL konstant in C/C++, und ich verstehe, dass es dargestellt werden muss etwas Weise intern.

Meine Frage ist: Gibt es einen grundlegenden Grund, warum die 0-Adresse ein ungültiger Speicherort für ein Objekt in C/C++ wäre? Oder sind wir in der Theorie “Verschwendung” eines Bytes Speicher aufgrund dieser Reservierung?

Der Null-Zeiger muss nicht wirklich 0 sein. In der C-Spezifikation ist garantiert, dass wenn ein konstanter 0-Wert im Kontext eines Zeigers angegeben wird, dieser vom Compiler als null behandelt wird, wenn Sie dies jedoch tun

char *foo = (void *)1;
--foo;
// do something with foo

Sie greifen auf die 0-Adresse zu, nicht unbedingt auf den Nullzeiger. In den meisten Fällen ist dies tatsächlich der Fall, aber es ist nicht notwendig, sodass wir dieses Byte nicht wirklich verschwenden müssen. Obwohl es im größeren Bild, wenn es nicht 0 ist, etwas sein muss, wird also ein Byte verschwendet irgendwo

Bearbeiten: Die Verwendung von NULL wurde aufgrund der Verwirrung in den Kommentaren entfernt. Außerdem lautet die Hauptnachricht hier “Nullzeiger != 0, und hier ist etwas C/Pseudo-Code, der den Punkt zeigt, den ich versuche zu machen.” Bitte versuchen Sie nicht wirklich, dies zu kompilieren oder sich Gedanken darüber zu machen, ob die Typen korrekt sind; die Bedeutung ist klar.

Das hat nichts mit Speicherverschwendung zu tun, sondern mit Speicherorganisation.

Wenn Sie mit dem Speicherplatz arbeiten, müssen Sie davon ausgehen, dass alles, was nicht direkt “Ihnen gehört”, vom gesamten System geteilt wird oder für Sie illegal ist. Eine Adresse “gehört Ihnen”, wenn Sie die Adresse von etwas auf dem Stapel genommen haben, das sich noch auf dem Stapel befindet, oder wenn Sie sie von einem dynamischen Speicherzuordner erhalten und noch nicht recycelt haben. Einige OS-Aufrufe liefern Ihnen auch Rechtsgebiete.

In den guten alten Zeiten des Real-Modus (z. B. DOS) war der gesamte Anfang des Adressraums der Maschine überhaupt nicht dazu gedacht, von Benutzerprogrammen geschrieben zu werden. Einige davon wurden sogar Dingen wie I/O zugeordnet. Wenn Sie beispielsweise in den Adressraum bei 0xB800 (ziemlich niedrig) schreiben, können Sie tatsächlich den Bildschirm erfassen! Nichts wurde jemals an Adresse 0 platziert, und viele Speichercontroller ließen Sie nicht darauf zugreifen, daher war es eine gute Wahl für NULL. Tatsächlich wäre der Speichercontroller auf einigen PCs verrückt geworden, wenn Sie versucht hätten, dort zu schreiben.

Heute schützt Sie das Betriebssystem mit einem virtuellen Adressraum. Trotzdem darf kein Prozess auf Adressen zugreifen, die ihm nicht zugeordnet sind. Die meisten Adressen sind nicht einmal einer tatsächlichen Speicherseite zugeordnet, sodass der Zugriff auf sie eine allgemeine Schutzverletzung oder ein Äquivalent in Ihrem Betriebssystem auslöst. Aus diesem Grund wird 0 nicht verschwendet – obwohl alle Prozesse auf Ihrem Computer “eine Adresse 0 haben”, wenn sie versuchen, darauf zuzugreifen, wird sie nirgendwo abgebildet.

Es ist nicht erforderlich, dass ein Nullzeiger gleich der 0-Adresse ist, es ist nur so, dass die meisten Compiler es so implementieren. Es ist durchaus möglich, einen Nullzeiger zu implementieren, indem ein anderer Wert gespeichert wird, und zwar einige Systeme tun dies. Das C99-Spezifikation §6.3.2.3 (Zeiger) spezifiziert nur, dass ein ganzzahliger konstanter Ausdruck mit dem Wert 0 eine Nullzeigerkonstante ist, aber es sagt nicht, dass ein Nullzeiger, wenn er in eine ganze Zahl umgewandelt wird, den Wert 0 hat.

Ein ganzzahliger konstanter Ausdruck mit dem Wert 0 oder ein solcher Ausdruck, der in den Typ void * umgewandelt wird, wird als Nullzeigerkonstante bezeichnet.

Jeder Zeigertyp kann in einen Integer-Typ konvertiert werden. Außer wie zuvor angegeben, ist das Ergebnis implementierungsdefiniert. Wenn das Ergebnis nicht im Integer-Typ dargestellt werden kann, ist das Verhalten undefiniert. Das Ergebnis muss nicht im Wertebereich eines ganzzahligen Typs liegen.

Auf einigen eingebetteten Systemen wird die Speicheradresse Null für etwas Adressierbares verwendet.

Die Nulladresse und der NULL-Zeiger sind nicht (notwendigerweise) dasselbe. Nur ein wörtlich Null ist ein Nullzeiger. Mit anderen Worten:

char* p = 0; // p is a null pointer

char* q = 1;
q--; // q is NOT necessarily a null pointer

Systeme können den Nullzeiger intern auf beliebige Weise darstellen, und diese Darstellung kann ein Byte Speicher “verschwenden” oder nicht, indem sie die tatsächliche 0-Adresse illegal macht. Allerdings wird ein Compiler benötigt, um a zu konvertieren wörtlich Nullzeiger in was auch immer die systeminterne Darstellung von NULL ist. Ein Zeiger, der auf andere Weise als durch die Zuweisung einer wörtlichen Null auf die Nulladresse zeigt, ist nicht notwendigerweise null.

Nun verwenden die meisten Systeme 0 für NULL, müssen es aber nicht.

Es ist nicht unbedingt ein illegaler Speicherort. Ich habe Daten gespeichert, indem ich einen Zeiger auf Null dereferenziert habe … es passiert, dass das Datum ein Interrupt-Vektor war, der an dem Vektor gespeichert wurde, der sich an der Adresse Null befindet.

Konventionell wird es normalerweise nicht vom Anwendungscode verwendet, da viele Systeme in der Vergangenheit wichtige Systeminformationen hatten, die bei Null begannen. Es könnte das Boot-ROM oder eine Vektortabelle oder sogar ein ungenutzter Adressraum sein.

Bei vielen Prozessoren ist die Adresse Null der Rücksetzvektor, in dem sich das Bootrom (BIOS auf einem PC) befindet, sodass Sie wahrscheinlich nichts an dieser physischen Adresse speichern werden. Auf einem Prozessor mit einer MMU und einem unterstützenden OS müssen die physikalischen und logischen Adressadressen nicht gleich sein, und die Adresse Null ist möglicherweise keine gültige logische Adresse im Kontext des ausführenden Prozesses.

NULL ist normalerweise die Nulladresse, aber in Ihren Anwendungen ist es die Nulladresse virtuellen Adressraum. Die virtuellen Adressen, die Sie in den meisten modernen Betriebssystemen verwenden, haben nichts mit tatsächlichen physischen Adressen zu tun, das Betriebssystem bildet den virtuellen Adressraum für Sie auf die physischen Adressen ab. Also, nein, mit der virtuellen Adresse 0 darstellen NULL verschwendet keinen Speicher.

Lesen Sie weiter virtueller Speicher für eine ausführlichere Diskussion, wenn Sie neugierig sind.