Was ist der Datentyp uintptr_t?

Question 1

Was ist uintptr_t und wofür kann es verwendet werden?

Question 2

Als erstes, als die Frage gestellt wurde, uintptr_t war nicht in C++. Es ist in C99, in <stdint.h>, als optionaler Typ. Viele C++03-Compiler stellen diese Datei bereit. Es ist auch in C++11, in <cstdint>wobei es wiederum optional ist, und die sich für die Definition auf C99 bezieht.

In C99 ist es definiert als “ein vorzeichenloser ganzzahliger Typ mit der Eigenschaft, dass jeder gültige Zeiger auf void in diesen Typ konvertiert und dann wieder in einen Zeiger auf void konvertiert werden kann, und das Ergebnis gleich dem ursprünglichen Zeiger ist”.

Nehmen Sie dies so, wie es gemeint ist. Es sagt nichts über die Größe aus.

uintptr_t könnte die gleiche Größe haben wie a void*. Es könnte größer sein. Es könnte durchaus kleiner sein, obwohl eine solche C++-Implementierung pervers angeht. Zum Beispiel auf einer hypothetischen Plattform, wo void* 32 Bit ist, aber nur 24 Bit des virtuellen Adressraums verwendet werden, könnten Sie einen 24-Bit haben uintptr_t was die Anforderung erfüllt. Ich weiß nicht, warum eine Implementierung das tun würde, aber der Standard erlaubt es.

Question 3

uintptr_t ist ein vorzeichenloser ganzzahliger Typ, der einen Datenzeiger speichern kann. Was normalerweise bedeutet, dass es die gleiche Größe wie ein Zeiger hat.

Es ist optional in C++11 und späteren Standards definiert.

Ein häufiger Grund, einen ganzzahligen Typ zu wollen, der den Zeigertyp einer Architektur enthalten kann, besteht darin, ganzzahlspezifische Operationen an einem Zeiger auszuführen oder den Typ eines Zeigers zu verschleiern, indem er als ganzzahliges “Handle” bereitgestellt wird.

Question 4

Es ist ein vorzeichenloser Integer-Typ, der genau die Größe eines Zeigers hat. Wann immer Sie etwas Ungewöhnliches mit einem Zeiger tun müssen – wie zum Beispiel alle Bits invertieren (fragen Sie nicht warum), wenden Sie ihn an uintptr_t und manipulieren Sie es als eine übliche ganze Zahl, dann werfen Sie es zurück.

Question 5

Es gibt bereits viele gute Antworten auf “Was ist der Datentyp uintptr_t?”. Ich werde versuchen, das “Wofür kann es verwendet werden?” Teil in diesem Beitrag.

Hauptsächlich für bitweise Operationen an Zeigern. Denken Sie daran, dass man in C++ keine bitweisen Operationen mit Zeigern durchführen kann. Gründe finden Sie unter Warum können Sie in C keine bitweisen Operationen mit dem Zeiger ausführen, und gibt es eine Möglichkeit, dies zu umgehen?

Um also bitweise Operationen an Zeigern durchzuführen, müsste man Zeiger auf den Typ uintptr_t umwandeln und dann bitweise Operationen durchführen.

Hier ist ein Beispiel für eine Funktion, die ich gerade geschrieben habe, um bitweise exklusive oder 2 Zeiger zum Speichern in einer XOR-verknüpften Liste auszuführen, sodass wir in beide Richtungen wie eine doppelt verknüpfte Liste durchlaufen können, jedoch ohne die Strafe, 2 Zeiger in jedem Knoten zu speichern .

 template <typename T>
 T* xor_ptrs(T* t1, T* t2)
 {
     return reinterpret_cast<T*>(reinterpret_cast<uintptr_t>(t1)^reinterpret_cast<uintptr_t>(t2));
  }

Question 6

Auf die Gefahr hin, ein weiteres Nekromanten-Abzeichen zu bekommen, möchte ich eine sehr gute Verwendung für hinzufügen uintptr_t (oder auch intptr_t) und das ist das Schreiben von testbarem eingebettetem Code.

Ich schreibe hauptsächlich eingebetteten Code, der auf verschiedene Arm- und derzeit Tensilica-Prozessoren abzielt. Diese haben verschiedene native Busbreiten und die Tensilica ist eigentlich eine Harvard-Architektur mit separaten Code- und Datenbussen, die unterschiedliche Breiten haben können.

Ich verwende für einen Großteil meines Codes einen testgetriebenen Entwicklungsstil, was bedeutet, dass ich Komponententests für alle von mir geschriebenen Codeeinheiten durchführe. Das Testen von Einheiten auf tatsächlicher Zielhardware ist mühsam, daher schreibe ich normalerweise alles auf einem Intel-basierten PC entweder unter Windows oder Linux mit Ceedling und GCC.

Allerdings beinhaltet ein Großteil des eingebetteten Codes Bit-Twiddling und Adressmanipulationen. Die meisten meiner Intel-Rechner sind 64-Bit. Wenn Sie also Adressmanipulationscode testen möchten, benötigen Sie ein verallgemeinertes Objekt, mit dem Sie Berechnungen durchführen können. Und so kam es dass der uintptr_t geben Ihnen eine maschinenunabhängige Möglichkeit, Ihren Code zu debuggen, bevor Sie versuchen, ihn auf Zielhardware bereitzustellen.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass bei einigen Maschinen oder sogar Speichermodellen bei einigen Compilern Funktionszeiger und Datenzeiger unterschiedliche Breiten haben. Auf diesen Maschinen erlaubt der Compiler möglicherweise nicht einmal das Umwandeln zwischen den beiden Klassen, aber uintptr_t sollte beides halten können.

— Bearbeiten —

Wurde von @chux darauf hingewiesen, dass dies nicht Teil des Standards ist und Funktionen keine Objekte in C sind. Es funktioniert jedoch normalerweise und da viele Leute diese Typen nicht einmal kennen, hinterlasse ich normalerweise einen Kommentar, der den Trick erklärt. Andere Suchen in SO weiter uintptr_t wird weitere Erläuterungen liefern. Außerdem machen wir Dinge in Unit-Tests, die wir in der Produktion niemals machen würden, weil es gut ist, Dinge kaputt zu machen.