在 void* 中使用指针算术

Question

我的机器是ubuntu 20.04

我有一个任务说 “使用系统调用（mmap 和 munmap）实现您自己的动态内存分配函数：mymalloc 和 myfree，它们具有与 malloc 相同的功能，并且从标准 C 库中免费。将实现保存在文件 mymalloc.h 和 mymalloc.c 中。”

然后它说 “我们必须至少分配所需的长度 + 用于存储的变量的大小 长度（size_t）。我们将长度存储为第一个元素，然后返回下一个元素。”

这是我的代码（大小是 size_t 类型的参数）

size_t total_size = size + sizeof(size_t);

size_t allocation_overflow = total_size % page_size;

if(allocation_overflow > 0)
    total_size += page_size - allocation_overflow;

void *data = mmap(NULL ,total_size, PROT_EXEC | PROT_READ | PROT_WRITE , MAP_PRIVATE , 0 , 0);

  // size_ptr will point to stored size
  size_t *size_ptr =(size_t *)data;

  size_ptr[0] = total_size;


  // pointer to allocated memory
  void* allocated_mem_pointer = data + sizeof(size_t);

它给出警告“指针类型'void *'用于算术[-Wpointer arith]”

我必须将长度存储在第一个元素中，因为赋值说明了它，但我不警告我想编写干净的代码。 İS 有它的合法性。我已经读过Pointer arithmetic when void has unknown size 但找不到任何答案来解决它。

Answer 1

当您使用指针算术 (ie add a number to pointer) 时，您需要正确键入指针：

IntPointer32Bits + 1 => will give the address of the next adjacent 32 bits integer
IntPointer16Bits + 1 => will give the address of the next adjacent 16 bits integer

指针运算的结果地址取决于指针类型。

void* allocated_mem_pointer = data + sizeof(size_t);

在这种情况下，data 是void *，因此编译器不清楚指针运算（需要计算下一个8 bits、next 16 bits 或next 32 bits？）。你不应该使用void *，但你应该有一个真正的类型，我假设uint8_t。

size_t total_size = size + sizeof(size_t);

size_t allocation_overflow = total_size % page_size;

if(allocation_overflow > 0)
    total_size += page_size - allocation_overflow;

uint8_t *data = mmap(NULL ,total_size, PROT_EXEC | PROT_READ | PROT_WRITE , MAP_PRIVATE , 0 , 0);

  // size_ptr will point to stored size
  size_t *size_ptr =(size_t *)data;

  size_ptr[0] = total_size;


  // pointer to allocated memory
  uint8_t *allocated_mem_pointer = data + sizeof(size_t);

在这种情况下，编译器的意图非常明确：allocated_mem_pointer 是由uint8_t 组成的内存区域，计算的地址是data 的基地址，偏移量为size_t 字节。 （运算符sizeof 返回字节数又名uint8_t。）

Answer 2

正如您所发现的，除非您使用 GCC 扩展或类似的东西，否则您无法使用 void* 进行算术运算。

简单的解决方案是：不要使用void*。

在您的代码中，您已经拥有

  // size_ptr will point to stored size
  size_t *size_ptr =(size_t *)data;
  size_ptr[0] = total_size;

现在您要计算计数器标头之后的地址。

arr[0] 之后的元素就是arr[1]。

使用它来获取调用者的地址：

  // pointer to allocated memory
  void* allocated_mem_pointer = &size_ptr[1];

当您想在 myfree 函数中返回该标题时，您可以执行类似的技巧：

void myfree(void*addr) {
   size_t *buff = (size_t*) addr;
   size_t header = buff[-1];
   // ... 
}

这是有效的，因为buff[-1] 指向最初在您的myalloc 函数中分配的内存对象。

注意：

如果您要创建一个不仅用于教育目的的函数，您还需要处理返回给调用者的地址的正确对齐。

Answer 3

在处理void* 时，对char* 或unsigned char* 指针进行算术运算。

void *allocated_mem_pointer = (char*)data + sizeof(size_t);