如何计算两个地址之间的距离？答案

【问题标题】：how is distance between two addresses computed?如何计算两个地址之间的距离？
【发布时间】：2018-04-09 19:25:26
【问题描述】：

我想计算两个地址之间的字节数。

uint32_t length = &b - &a;

当a和b为uint32_t时，长度为1。

uint32_t a, b;
uint32_t length = &b - &a;  // length is one

当a和b为uint8_t时，长度为4。

uint8_t a, b;
uint32_t length = &b - &a;  // length is four

因此，计算是 a 和 b 之间的 uint32_t 或 uint8_t 的数量，而不是我错误预期的地址之间的数学差异。

我的问题：C 语言的哪一部分涉及地址计算？有人可以参考规范中讨论该主题的位置吗？

【问题讨论】：

技术上，不指向同一个对象的指针之间的指针运算是未定义的行为。
指针都有一个类型。他们指向什么样的东西？两个指针之间的区别在于它们之间的事物的数量，而不是字节数。
很好奇，为什么代码使用类型uint32_t 表示uint32_t length = &b - &a; 而不是int、long long 或ptrdiff_t？
在某些系统上，不同的对象可能放在different memory segments 中，然后可能没有距离。

标签： c pointers memory byte sizeof

【解决方案1】：

C standard 的 6.5.6 节介绍了指针减法：

3 对于减法，应满足以下条件之一：

两个操作数都有算术类型；

两个操作数都是指向兼容完整对象类型的合格或不合格版本的指针；或

左操作数是指向完整对象类型的指针，右操作数是整数类型。

...

9 当两个指针相减时，两个指针都应该指向同一个数组对象的元素，或者指向数组最后一个元素之后的元素目的;结果是两者下标的差数组元素。 结果的大小由实现定义，并且它的类型（有符号整数类型）是在标题。如果结果不能在对象中表示该类型，行为未定义。换句话说，如果表达式 P 和 Q 分别指向第 i 个和第 j 个元素对于数组对象，表达式 (P)-(Q) 具有提供的值 i-j 该值适合 ptrdiff_t 类型的对象。此外，如果表达式 P 指向数组对象的一个元素或一个越过数组对象的最后一个元素，表达式 Q 指向到同一数组对象的最后一个元素，表达式 ((Q)+1)-(P) 与 ((Q)-(P))+1 和 -((P)-((Q)+1)) 具有相同的值，如果表达式 P 指向最后一个，则值为 0 数组对象的元素，即使表达式 (Q)+1 没有指向数组对象的一个元素。

所以区别在于两者之间的元素数，而不是字节数。

请注意，这只允许在同一数组的两个元素之间减去指针。所以这是合法的：

uint32_t a[5];
uint32_t len = &a[1] - &a[0];

但这不是：

uint32_t a, b
uint32_t len = &b - &a;

【讨论】：

【解决方案2】：

如果指针具有不同的类型或不指向同一个内存块（即表或以其他方式分配），则在符合标准的 C 指针算术中是不允许的。否则就是UB

但是如果变量位于相同的连续地址空间中 - 例如在 ARM uC 中，如果指针具有相同的类型或者您将它们转换为相同的类型，则该算法的结果将被定义。

这不是符合 C 标准的代码

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>


uint64_t c;
uint64_t d;
uint16_t e;
uint8_t f;


int main(void)
{   uint32_t a,b;
    printf("%lld\n", (long long)((uint8_t *)&b - (uint8_t *)&a));
    printf("%lld\n", (long long)((uint8_t *)&c - (uint8_t *)&a));
    printf("%lld\n", (long long)((uint8_t *)&d - (uint8_t *)&c));
    printf("%lld\n", (long long)((uint8_t *)&e - (uint8_t *)&d));
    printf("%lld\n", (long long)((uint8_t *)&f - (uint8_t *)&c));
}

将打印的内容是 100% 直至实施。一些结果可能有另一种感觉。

这种算法用于嵌入式开发，例如通过在链接描述文件中定义符号（例如 bss 的开头和 bss 的结尾），然后这些符号（实际上是它们的地址）用于执行诸如归零之类的操作bss或初始化数据段

你可以在 Linux 机器上试试： https://ideone.com/dm0R5M

【讨论】：

【解决方案3】：

我想计算两个地址之间的字节数。

如果地址在同一个数组中，代码可以减去指针来计算差异中元素的数量。然后乘以类型的大小，就得出“字节”的数量。

ptrdiff_t diff = &a[some_index] - &a[some__other_index];
diff *= sizeof a[0];
printf("Diff %td\n", diff);

如果不知道 2 个对象的地址在同一个数组中，代码可以小心地减去，但根据内存模型，差异可能代表也可能不代表“字节”差异。 IAC，下面避免了未定义的行为。

#include <inttypes.h>
#include <stdio.h>

void *va = &a;
void *vb = &b;
// optional types
uintptr_t ua = (uintptr_t)va;
uintptr_t ub = (uintptr_t)vb;
uintptr_t diff = ua > ub ? ua - ub : ub - ua;
printf("Maybe byte difference of %" PRIuPTR "\n", diff);

【讨论】：