给定特定内存地址的数组的动态内存分配开始

Question

正如标题所暗示的那样，当您给出地址时，是否可以开始一个数组。即如果我的起始地址是10002432，则基本上&array[0] = 10002432 和array[1] 将存储在下一个顺序地址中。我可以使用指针复制到所述地址，但我想使用动态分配的数组而不是指针。我当前的代码如下使用指针。我尝试了目前在线的各种解决方案，但没有一个能够提供明确的解决方案。

我正在考虑创建一个重载的 new 运算符，但我也卡住了，因为在重载的 new 运算符的基础上我们使用 malloc，它也不允许指定起始地址。

我在模拟器 (gem5) 中运行此代码，在那里我可以控制内存地址，因为我可以指定虚拟地址如何映射到物理地址。

int main(int argc, char const *argv[])
{

  uintptr_t address = 10002432;
  int *Pointer = (int*) address;
  int *Pointer2 = Pointer; 

  for (int i = 0; i < 32; ++i)
    {    
        *Pointer = i;
        Pointer = Pointer + 4;
    }


    for (int i = 0; i < 32; ++i)
    {    
        printf("%d\n",Pointer2 );
        Pointer2 = Pointer2 + 4;
    }

}

我们将不胜感激。

Answer 1

不，不可能从标准 C++ 中的特定地址“分配”内存。

在使用虚拟内存的操作系统（即所有现代多任务操作系统）中，通常也没有特定于系统的方法来进行此类分配。然而，在嵌入式系统上使用系统提供商记录的常量地址是很常见的。您通常可以考虑“始终分配”此类内存。也许这适用于您的模拟器。

您可以通过指针将动态对象创建到未初始化的内存中。执行此操作的语法称为placement new。这有时对于为某些就地容器（例如std::vector）重用“通用”分配的内存很有用，以及在地址不变的情况下。

重要提示：假定地址满足创建对象的对齐要求。如果不满足，则程序的行为未定义。

虽然有这样做的语法，但实际上不可能以这种方式创建数组。数组放置新不能保证从提供的地址开始数组。从地址开始的一些实现特定的内存量可能会被语言实现使用。

您可以简单地单独、单独地创建元素，并假装它们在一个数组中，而不是创建一个数组。这就是您的标准库中std::vector 的实现可能也是如此。标准库中有相应的辅助函数：

using T = int;
std::uintptr_t address = 10002432; // Note: using hex would be more conventional
const std::size_t size = 32;

T* p = std::launder(reinterpret_cast<T*>(address));
if (!std::align(alignof(T), sizeof(T), p, sizeof(T)))
    throw std::invalid_argument("bad alignment");

std::uninitialized_fill_n(p, size, T{});
// use it
std::destroy_n(p, size);

// Instead of filling from the value initialised value,
// you can copy a range. Here is an example with C++20 ranges:

auto i = std::views::iota(T{});
std::uninitialized_copy_n(i.begin(), size, p);
// use it
std::destroy_n(p, size);

请注意，在int 和其他普通类型的情况下，销毁部分是不必要的，但对于非普通可破坏类型是必需的。这是一个简单的例子，并不是异常安全的。如果初始化成功后抛出异常，则不会调用销毁。您可以使用 RAII 习语来确保发生破坏。

如果给定的指针派生自指向先前存在的对象的有效指针，例如在重用普通对象的内存时（示例中的情况不是），则std::launder 是必要的如示例中使用的那样。否则可能没有必要（示例中就是这种情况，因此如果您知道自己在做什么，就可以摆脱洗钱；但保持它并没有什么坏处）。

当将整数重新解释为指针时，语言标准不保证该值将映射到哪个内存地址。您必须依靠语言实现提供的保证，才能使该内存地址以任何方式有用。除非您从有效指针转换为整数（足够大小），然后再转换回相同的指针类型，否则保证是相同的指针值。但是这种情况在例子中并不适用。