c++ - 为 64 位和 32 位构建创建指针大小的 union

Question

我想创建一个像下面这样的 union

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)。

以最少的宏使用量实现此目标的最佳方法是什么？

Answer 1

请注意 union 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 union 成员的非平凡可复制类型(具有构造函数/析构函数)。

当然，除类型双关外， union 还有其他用途(例如，手动多态性)，这样的事情可能有意义。

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uintptr_t由于这个原因而存在。(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

请注意，uintptr_t 通常与指针宽度相同，但类型名称定义为可以存储 指针值的类型。对于 32 位平台上的 floatptr_t，情况并非如此。 (有趣的事实:它将在 x86-64 上用于“规范的”48 位地址¹)。如果这让您感到困扰，或者您担心它会扭曲您对 uintptr_t 的看法，请选择一个不同的名称； floatptr_t 很短，虽然它是“错误的”，但看起来是正确的。

#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;
};

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为了测试这个，我编译了它on the Godbolt compiler explorer使用 x86 32 位 gcc -m32 和 gcc (x86-64)，以及 MSVC 32 位和 64 位，以及 ARM 32 位。

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 union 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。

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脚注 1:在 x86-64 上，规范虚拟地址是 48 位符号扩展为 64 位，因此您可以实际上通过 intptr_t->double 转换并返回，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 转换在没有 AVX512F 的情况下很慢。)

在当前硬件上，非规范虚拟地址故障。

在 32 位模式下，线性地址被限制为 32 位。 PAE 允许多个 32 位进程各自使用不同的 4GB 物理内存，但 seg:off -> 32 位线性发生在页表查找之前。使用 48 位 seg:off 地址不会获得更大的地址空间，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。