指向固定地址的函数指针答案

【问题标题】：Function pointers pointing to fixed addresses指向固定地址的函数指针
【发布时间】：2018-12-23 07:33:53
【问题描述】：

我查看了 MINIX 3 的标头，在 include/signal.h 中有一些看似不寻常的定义：

/* Macros used as function pointers */
#define SIG_ERR ((sig_handler_t) -1)    /* error return */
#define SIG_DFL ((sig_handler_t) 0)     /* default signal handling */
#define SIG_IGN ((sig_handler_t) 1)     /* ignore signal */
#define SIG_HOLD ((sig_handler_t) 2)    /* block signal */ 
#define SIG_CATCH ((sig_handler_t) 3)   /* catch signal */

首先，SIG_ERR 是如何有效的？其次（对于我的主要问题），源代码中还有其他指针映射到其中一些地址（例如NULL）。如果取消引用这些指针之一会发生什么？这些地址中的数据是否有效？

【问题讨论】：

与尝试取消引用 NULL 指针一样。
@purec：0 的整数值不一定是空指针。该代码显然超出了标准，仅用于将int 常量转换为指针。只能用平台细节来解释。
@Olaf，代码与标准无关......它是 MINIX 实现的信号处理特殊值的实现。用于指示默认行为、忽略信号或系统错误的特殊值（信号返回指向已安装的旧信号处理程序的指针或SIG_ERR（-1 转换为(sig_handler_t)，与系统调用一样）
@LuisColorado：请您再次仔细阅读我的评论好吗？我准确地写了它的实现特定的。尽管如此，我还是希望 caode 在 64 位平台上引起问题（以防 Minix 被移植到一个平台上）。尽管如此，它仍然存在问题。最好使用uintptr_t 或intptr_t 作为基本类型。但是，Minix 本身就是一种遗产，比现代 C 语言要古老得多。
@Olaf，抱歉您误解了我...您评论“代码显然是...”，我说代码无事可做。我同意你的观点，除了在我的陈述中更具侵略性......这就是我试图表明的，而不是你和我之间的差异。

标签： c pointers minix

【解决方案1】：

这些不是内存地址，取消引用它们没有意义。它们是“神奇”值，表明这不是处理函数的地址，而是将信号处理状态设置为“运行此函数”以外的其他内容的指令。

选择的值与任何有效函数的地址不同，否则将无法判断 signal 函数的调用者是传递函数地址还是魔术值。几乎所有具有 MMU 的系统都安排在第一页中不映射任何内容，因此低于页面大小的地址不能是函数变量的地址。例如，这使NULL 成为地址 0。

值-1 通常映射到可能的最高地址（全位一），就像(unsigned)(-1) 是全位一。但这是一个实现选择（与 (unsigned)(-1) 不同，它的定义非常明确，因为无符号整数被定义为模 2^N 其中 N 是位大小）。例如，在 int 是 32 位类型但地址为 64 位的某些实现中，((sig_handler_t) -1) 将映射到地址 0xffffffff，这是函数的合理地址。

请注意，这些都是操作系统实现者可以做的事情，因为他们知道指针在特定平台上的表示方式。 C 标准没有指定指针的表示（具体而言，将整数转换为指针的效果是实现定义的），并且约束因系统而异。作为 C 程序员，您不能这样做（更准确地说：您可以，但除非您确切知道自己在做什么，否则很可能会出错）。您不仅必须知道特定平台如何表示指针以及它如何将整数转换为指针，而且您还必须知道编译器对您的代码做出了哪些假设。操作系统代码可能需要使用特定的编译器或特定的编译器标志进行编译，以启用必要的特定于实现的行为。

signal 系统调用以如下方式使用它们（大大简化，但你明白了）：

enum signal_disposition {
    SIGNAL_DISPOSITION_IGNORE,
    SIGNAL_DISPOSITION_KILL,
    SIGNAL_DISPOSITION_RUN_HANDLER,
    SIGNAL_DISPOSITION_STOP,
};

sighandler_t sys_signal(struct task *calling_task, int signum, sighandler_t handler)
{
    if (signum > SIGMAX || signum == SIGKILL) return SIG_ERR;
    sighandler_t previous_handler =
        calling_task->signal_disposition == SIGNAL_DISPOSITION_IGNORE ? SIG_IGN :
        calling_task->signal_disposition == SIGNAL_DISPOSITION_RUN_HANDLER ?
        calling_task->signal_handler[signum] :
        SIG_DFL;
    if (handler == SIG_DFL) {
        calling_task->signal_disposition[signum] =
            signum == SIGTSTP ? SIGNAL_DISPOSITION_STOP :
            signum == SIGALRM ? SIGNAL_DISPOSITION_IGNORE :
            SIGNAL_DISPOTITION_KILL;
        calling_task->signal_handler[signum] = NULL;
    } else if (handler == SIG_IGN) {
        calling_task->signal_disposition[signum] = SIGNAL_DISPOSITION_IGNORE;
        calling_task->signal_handler[signum] = NULL;
    } else {
        calling_task->signal_disposition[signum] = SIGNAL_DISPOSITION_RUN_HANDLER;
        calling_task->signal_handler[signum] = handler;
    }
    return previous_handler;
}

这是在内核中运行以触发进程中的信号的相应代码（再次，大大简化）：

void handle_signal(struct task *calling_task, int signum) {
    switch (calling_task->signal_disposition[signum]) {
    case SIGNAL_DISPOSITION_IGNORE:
        break;
    case SIGNAL_DISPOSITION_KILL:
        kill_task(task, signum);
        break;
    case SIGNAL_DISPOSITION_RUN_HANDLER:
        task->registers->r0 = signum;
        task->registers->pc = calling_task->signal_handler;
        wake_up(task);
        break;
    case SIGNAL_DISPOSITION_STOP:
        stop_task(task);
        break;
    }
}

【讨论】：

“？”是什么意思？和“：”呢？
条件运算符：if-then-else。也称为“三元运算符”，因为它是 C 中唯一的三元运算符。

【解决方案2】：

C 标准没有定义这样的转换，但是您的特定实现允许它检查各种错误或返回代码。

这些值无法区分，但可以与各种信号处理函数返回的值进行比较。

【讨论】：