为 64 位和 32 位构建创建指针大小的联合

Question

我想创建一个像下面这样的联合

union {
    long i;
    float f;
    void* ptr;
};

其中成员 i 和 f 将始终是 ptr 的大小（32 位为 float & long / 64 位为 double & long long）。

用最少的宏实现这一目标的最佳方法是什么？

Answer 1

注意联合类型双关（写入一个成员然后读取另一个成员）是 ISO C++ 中的未定义行为。它在 ISO C99 中定义明确，在 GNU C++ 中作为扩展。（以及其他一些 C++ 编译器，我认为包括 MSVC。）还要注意作为联合成员的非平凡可复制类型（constructors/destructors）。

除了类型双关（例如手卷多态性）之外，联合当然还有其他用途，这样的事情可能有意义。

uintptr_t 因为这个原因而存在。（或者 intptr_t 或 ptrdiff_t 如果出于某种原因你想要一个签名类型）。

但是对于 float 和 double 你需要预处理器。 UINTPTR_MAX 为您提供了一种使用预处理器检查指针宽度的方法，这与 sizeof(void*)

不同

注意uintptr_t通常与指针等宽，但类型名定义为可以存储指针值的类型。在 32 位平台上，floatptr_t 不会出现这种情况。（有趣的事实：它将在 x86-64 上用于 "canonical" 48 位地址 ¹）。如果这让您感到困扰或担心它会扭曲您对 uintptr_t 的看法，请选择一个不同的名称； floatptr_t 看起来很短，即使它是 "wrong"。

#include <stdint.h>

// assumption: pointers are 32 or 64 bit, and float/double are IEEE binary32/binary64
#if UINTPTR_MAX > (1ULL<<32)    
  typedef double floatptr_t;
#else
  typedef float  floatptr_t;
#endif

static_assert(sizeof(floatptr_t) == sizeof(void*), "pointer width doesn't match float or double, or our UINTPTR_MAX logic is wrong");

union ptrwidth {
    uintptr_t  u;
    intptr_t   i;
    floatptr_t f;
    void    *ptr;
};

为了对此进行测试，我使用 x86 32 位 gcc -m32 和 gcc (x86-64)、MSVC 32 位和 64 位以及 ARM 32 编译了它 on the Godbolt compiler explorer -bit.

int size = sizeof(ptrwidth);

int size_i = sizeof(ptrwidth::i);
int size_f = sizeof(ptrwidth::f);
int size_ptr = sizeof(ptrwidth::ptr);

# gcc -m32 output
size_ptr:          .long   4
size_f:            .long   4
size_i:            .long   4
size:              .long   4

# gcc -m64 output
size_ptr:          .long   8
size_f:            .long   8
size_i:            .long   8
size:              .long   8

从而确认联合本身和每个成员都具有预期的大小。

MSVC 也可以，编译为 int size_f DD 08H 或 04H 等等。

脚注 1：在 x86-64 上，规范虚拟地址是 48 位符号扩展到 64，所以你可以实际上通过 intptr_t->double 转换返回一个指针值，没有舍入错误。但不是 uintptr_t->double 对于不是至少 2 字节对齐的高半地址。（并且 uint64_t <-> double 如果没有 AVX512F，转换速度很慢。）

在当前硬件上，非规范虚拟地址错误。

在 32 位模式下，线性地址限制为 32 位。 PAE 允许多个 32 位进程各自使用不同的 4GB 物理内存，但是 seg:off -> 32 位线性发生在页面-table 查找之前。使用 48 位 seg:off 地址不会让您获得更大的地址 space，因此编译器不会这样做。 32 位指针是 seg:off 地址的 off 部分，段基数固定为零，因此它们与线性虚拟地址相同。与具有 64 位偏移量的 64 位模式相同。

为 64 位和 32 位构建创建指针大小的联合

Create a pointer sized union for 64 and 32 bit builds

c++

pointers

x86-64

32bit-64bit

unions