使用带有指针的比较运算符来检查它是否在地址范围内？

Question

我正在实现一个函数，该函数通过调用deallocate_cache(void *ptr) 来解除分配给它的内存位置。

我手头任务的记忆结构如下：

 22 typedef struct slab {
 23         void *addr;
 24         int bm[((SLAB_SIZE/8)/(8*sizeof(int)))+1]; // bitmap
 25         struct slab *next;
 26 } slab;

 39 typedef struct {
 40         int alloc_unit;
 41         slab S;
 42 } cache;

 45 typedef struct { // structure for the entire memory
 46         cache C[9];
 47         region *R;
 48 } memory;

因此，我有一个memory M，其中包含缓存c[0]、c[1]、...、c[8]，而这些缓存又包含slabs。当一个slab通过分配填满时，我通过slab *next字段分配另一个作为链表元素。

为了让我的deallocate_cache(void *ptr) 正常工作，我必须首先找出ptr 是否在缓存范围内，如果是，在哪个缓存范围内。这是我到目前为止所拥有的：

 1.    // Check if ptr is in the range of (slab_addr, slab_size) for each slab in each cache
 2. int ci = 0, counter, coefficient, done, freeable;
 3. slab *look_ahead;
 4. for(; ci < 9; ci++){
 5.         void *max_addr = &M.C[ci].S + SLAB_SIZE; // The upper bound of the address range of the first slab
 6.         counter = 1;
 7.         look_ahead = &M.C[ci].S;
 8.         while(look_ahead->next != NULL){
 9.             if( ptr > look_ahead->addr && ptr > max_addr){ // Check ptr is greater than S.addr. If yes, it's a good bet it's in this cache.
10.                 look_ahead = look_ahead->next;
11.                 max_addr += SLAB_SIZE; // Now the upper bound of the address range of the following slab
12.                 counter++; // slab counter, 1-based counting
13.             }
14.             else {
15.                     done = 1;
16.                     break;
17.             }
18.         }
19.         if(done == 1) break;
20.
21. }

不幸的是，很明显，这并没有按预期工作。有什么方法可以使用这样的指针来比较地址，或者检查指针是否在给定的地址范围内？还是我必须简单地比较我知道分配给的最大范围内的每个地址？非常感谢任何帮助。

Answer 1

首先，您不能在指向void 的指针中添加或减去任何内容。

指针算法只为指向已知大小事物的指针定义。 void 与 char 或 int 或 char* 或 struct slab 不同，它没有已知的大小。这是因为对指针进行加减运算会使指针​​中的地址按指针所指大小的倍数增加。

所以，如果你有char* p;，那么p = p + 1; 会将sizeof(char)（即1）添加到指针中的地址，但如果你有long* p;，那么p = p + 1; 会添加sizeof(long)（通常是2、4 或 8) 到指针中的地址。

无论多么奇怪，同样的限制适用于将指针与>、<、>=、<= 进行比较。比较的指针必须指向相同的类型，不能是void。

我认为您需要使用指向 char 的指针而不是指向 void 的指针，或者将后者转换为前者以进行指针运算。

另一个需要注意的重要事情是，如果这些指针不指向同一个数组或同一个对象（这可以像结构一样聚合）。 C 标准规定这相当于未定义的行为。

因此，如果您分别分配两个对象（作为单独对象的声明或作为对malloc() 或类似的单独调用），那么您不能合法地将指向这两个对象的指针与>、<、 >=, <=.

不过，== 和 != 可以。

这种比较限制的一个常见解决方法是将指针转换为uintptr_t，这是一种保证能够保存指针的无符号整数类型，并对该整数类型执行常规算术运算，然后在需要时进行转换（强制转换）它回指针类型。

当然，这只有在你的编译器有意义地定义了指向整数的指针和整数到指针的转换并保证从指向它们的指针转换获得的整数值是内存地址时才有效。

使用此信息更正您的代码。