如果不在内存中,表达式和常量存储在哪里?

Where are expressions and constants stored if not in memory?

来自 C 编程语言 作者:Brian W. Kernighan

& operator only applies to objects in memory: variables and array elements. It cannot be applied to expressions, constants or register variables.

如果不在内存中,表达式和常量存储在哪里? 那句话是什么意思?

例如:
&(2 + 3)

为什么我们不能获取它的地址?它存储在哪里?
C++ 的答案是否也一样,因为 C 是它的父级?

这链接 question explains 这样的表达式是 rvalue 个对象,所有 rvalue 个对象都没有地址。

我的问题是这些表达式存储在哪里,以至于无法检索它们的地址?

将地址取到表达式中并没有多大意义。您可以做的最接近的事情是函数指针。表达式的存储方式与变量和对象不同。

表达式存储在实际的机器代码中。当然,您可以找到计算表达式的地址,但这样做是没有意义的。

阅读一些关于汇编的内容。表达式存储在文本段中,而变量存储在其他段中,例如数据或堆栈。

https://en.wikipedia.org/wiki/Data_segment

另一种解释是,表达式是cpu指令,而变量是纯数据。

还有一件事需要考虑:编译器经常优化掉一些东西。考虑这段代码:

int x=0;
while(x<10)
    x+=1;

此代码可能会优化为:

int x=10;

那么在这种情况下 (x+=1) 的地址是什么意思?它甚至不存在于机器代码中,因此根据定义,它根本没有地址。

这样的表达式最终成为机器代码的一部分。表达式 2 + 3 可能会被翻译成机器码指令 "load 5 into register A"。 CPU 寄存器没有地址。

考虑以下函数:

unsigned sum_evens (unsigned number) {
  number &= ~1; // ~1 = 0xfffffffe (32-bit CPU)
  unsigned result = 0;
  while (number) {
    result += number;
    number -= 2;
  }
  return result;
}

现在,让我们玩编译器游戏并尝试手动编译它。我假设您使用的是 x86,因为这是大多数台式计算机使用的。 (x86 是 Intel compatible CPUs 的指令集。)

让我们通过一个简单的(未优化的)版本来了解这个例程在编译时的样子:

sum_evens:
  and edi, 0xfffffffe ;edi is where the first argument goes
  xor eax, eax ;set register eax to 0
  cmp edi, 0 ;compare number to 0
  jz .done ;if edi = 0, jump to .done
.loop:
  add eax, edi ;eax = eax + edi
  sub edi, 2 ;edi = edi - 2
  jnz .loop ;if edi != 0, go back to .loop
.done:
  ret ;return (value in eax is returned to caller)

现在,如您所见,代码中的常量(021)实际上显示为 CPU 指令的一部分!事实上,1 根本没有出现;编译器(在这种情况下,只有我)已经计算出 ~1 并在代码中使用结果。

虽然您可以获取 CPU 指令的地址,但获取其中一部分的地址通常没有任何意义(在 x86 中有时可以,但在许多其他 CPU s 你根本不能这样做),代码地址与数据地址根本不同(这就是为什么你不能将函数指针(代码地址)视为常规指针(数据地址))。在某些 CPU 架构中,代码地址和数据地址是完全不兼容的(尽管大多数现代操作系统使用 x86 的方式并非如此)。

请注意 while (number) 等同于 while (number != 0)0 根本没有出现在编译代码中!它由 jnz 指令暗示(如果不为零则跳转)。这是你不能获取那个 0 地址的另一个原因——它没有地址,它实际上无处可寻。

我希望这能让你更清楚。

where are these expressions stored such that there addresses can't be retrieved?

你的问题格式不正确。

  • 概念上

    这就像问为什么人们可以讨论名词而不是动词的所有权。名词指的是可能(可能)拥有的 事物,动词指的是执行的 动作。你不能拥有一个动作或执行一件事。

  • 在语言规范方面

    表达式首先不是存储,而是求值。 它们可能由编译器在编译时求值,或者它们可能由处理器在 运行 时间求值。

  • 在语言实现方面

    考虑声明

    int a = 0;
    

    它做了两件事:首先,它声明了一个整型变量a。这是定义 可以获取其地址的东西。由编译器决定在给定平台上做任何有意义的事情,允许你获取a.

    的地址

    其次,它将该变量的值设置为零。这确实 而不是 意味着在您编译的程序中某处存在值为零的整数。它通常可以实现为

    xor eax,eax
    

    也就是说,异或(异或)eax 寄存器本身。这总是导致零,无论之前是什么。但是,编译代码中没有固定值 0 的对象来匹配您在源代码中编写的整数文字 0

顺便说一句,当我说上面的 a 是您可以获取其地址的东西时 - 值得指出的是它可能实际上没有地址 除非 你拿着吧。例如,该示例中使用的 eax 寄存器没有地址。如果编译器可以证明程序仍然是正确的,a 就可以在那个寄存器中度过它的一生,而永远不会存在于主存中。相反,如果你在某处使用表达式 &a,编译器会创建一些可寻址的 space 来存储 a 的值。


请注意比较,我可以轻松地选择不同的语言,可以获取表达式的地址。

它可能会被解释,因为一旦机器可执行输出替换了这些结构,编译通常会丢弃它们。例如 Python 有 运行 时间自省和 code 个对象。

或者我可以从 LISP 开始并扩展它以提供某种对 S 表达式的 addressof 操作。

它们的关键共同点是它们不是 C,作为设计和定义的问题不提供 那些机制。

Where are expressions and constants stored if not in memory

在某些(实际上很多)情况下,常量表达式根本存储。特别是,想想 optimizing compilers, and see CppCon 2017: Matt Godbolt's talk “我的编译器最近为我做了什么?打开编译器的盖子”

在某些 C 代码具有 2 + 3 的特定情况下,大多数优化编译器将具有 constant folded that into 5, and that 5 constant might be just inside some machine code instruction (as some bitfield) of your code segment and not even have a well defined memory location. If that constant 5 was a loop limit, some compilers could have done loop unrolling,并且该常量将不再出现在二进制代码中。

另见 this 回答等...

注意 C11 is a specification written in English. Read its n1570 标准。另请阅读更大的 C++11(或更高版本)规范。

C(和 C++)的 semantics 禁止获取常量的地址。