在递增后取消引用指向 volatile int 的指针答案

【问题标题】：De-referencing pointer to a volatile int after increment在递增后取消引用指向 volatile int 的指针
【发布时间】：2016-04-15 00:41:46
【问题描述】：

unsigned int addr = 0x1000;    
int temp = *((volatile int *) addr +  3);

它是否将递增的指针（即addr + 3 * sizeof(int)）视为指向volatile int 的指针（解除引用时）。换句话说，我可以期待 temp 中 say (0x1012) 的硬件更新内容吗？

【问题讨论】：

addr 是什么类型？ char*?我怀疑这违反了严格的别名规则
那么我会假设这违反了严格的别名规则。但是，是的，如果你在地毯下刷它（你不应该，它的 UB），你将 addr 转换为 int*，同时假设 ints 在你的机器上是 4 个字节，这将执行指针运算和取消引用将从 addr 增加 12 个字节
0x1000 不是 C 中的有效指针，而是整数常量。
@yano：请详细说明。如果实现定义了转换，但不是 UB。取消引用是 C 标准中公认的缺陷（请参阅缺陷报告），也是大多数（如果不是全部）实现中的常见做法。
@jithu83 我会说，“是的”。指针算术不会改变指针的类型或其限定符。但是我在 C 规范中找不到直截了当的陈述，所以我不会发布答案。如果您需要规范中的引用，那么您应该将其中一个标签更改为“language-lawyer”。

标签： c pointers linux-device-driver volatile low-level-io

【解决方案1】：

是的。

指针算术不影响指针的类型，包括任何类型限定符。给定 A + B 形式的表达式，如果 A 具有指向 T 的类型限定指针且 B 是整数类型，则表达式 A + B 也将是指向 T 的限定指针——相同类型，相同限定符.

来自 C 规范的 6.5.6.8（草案 n1570）：

当一个整数类型的表达式被添加到指针或从指针中减去时， result 具有指针操作数的类型。

【讨论】：

【解决方案2】：

假设addr 是一个整数（变量或常量），您的实现可以安全地将其值转换为int *（见下文）。

考虑

volatile int a[4] = [ 1,2,3,4};
int i = a[3];

这完全一样，除了将 integer 显式转换为 volatile int *（指向...的指针）。对于索引运算符，数组的名称衰减为指向a 第一个元素的指针。这是volatile int *（C 中的类型限定符适用于数组的元素，而不是数组本身）。

这与演员表相同。留下2个不同点：

将整数转换为“指针”。这是实现定义的，因此如果您的编译器正确支持它（它应该记录这一点），并且值正确，那很好。
终于可以访问了。底层对象不是volatile，而是指针/resp。使用权。这实际上是标准中的一个缺陷（请参阅DR476，它要求对象是volatile，而不是访问权限。这与记录的意图（阅读链接）和 C++ 语义（应该相同）形成对比。幸运的是，所有（大多数）实现都按预期生成代码并按预期执行访问。请注意，这是嵌入式系统上的常见理念。

因此，如果满足先决条件，则代码是正确的。但请参阅下文以获得更好的（在可维护性和安全性方面）选项。

注意：更好的方法是

使用uintptr_t 保证整数可以保存指针，或者 - 更好 -
#define ARRAY_ADDR ((volatile int *)0x1000)

后者避免了对整数的意外修改，并清楚地说明了含义。它也可以更容易地使用。它是低级外设寄存器定义中的典型构造。

回复。你的递增：addr 是不是指针！因此，您增加一个整数，而不是一个指针。除了使用真正的指针之外，这更多的是键入，它也容易出错并混淆你的代码。如果需要指针，使用指针：

int *p = ARRAY_ADDR + 3;

作为个人说明：在一家至少有一些质量标准的公司中通过此类代码（整数 addr）的每个人都会与她的团队领导进行非常认真的交谈。

【讨论】：

如果应该读取的内容是硬件寄存器，则数组可能不是一个选项。
@Lundin：上面的数组语法只是为了显示指针算法完全相同，因为名称衰减，请参阅 C11 6.3.2.1p3 。请参阅“更好的方法”和下面的文字。这正是典型硬件头文件中的做法（好吧，除了它们不使用int，而是如果作者知道语言，则使用固定宽度类型）。

【解决方案3】：

首先请注意，从整数到指针的转换不一定是安全的。将发生什么是实现定义的。在某些情况下，这种转换甚至会调用未定义的行为，以防整数值无法表示为指针，或者指针以未对齐的地址结束。

使用整数类型uintptr_t 来存储指针和地址更安全，因为它保证能够存储给定系统的指针。

鉴于您的编译器为此代码实现了安全转换（例如，大多数嵌入式系统编译器都这样做），那么代码确实会按照您的预期运行。

指针运算将在 volatile int 的类型上完成，因此 + 3 意味着将地址增加 sizeof(volatile int) * 3 字节。如果int 在您的系统上是 4 个字节，您最终将读取地址0x100C 的内容。不确定您从哪里得到0x1012，混合了十进制和十六进制表示法？

【讨论】：