*(void**)解析——如何设计可以在32位下访问到内存区域的前4个字节,在64位下访问到前8个字节?

文章介绍了在内存管理中如何用(void**)来处理内存块的链接,以适应32位和64位系统。作者首先尝试用(int*)在32位系统中存储内存块地址,但在64位系统中遇到问题,然后采用条件编译解决。最后,作者发现直接使用(void**)可以避免平台差异,并封装成函数NextObj()提高代码可读性和复用性。

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  最近在写项目的时候遇到这样一个场景:需要管理多个空闲的内存块,把它们以链表的形式连接起来,那就需要在内存块的头4个字节(32位下)存放下一个内存块的地址。

*(int*)

  内存块的地址是void类型的,我一开始想到的就是把内存块的首地强转成int的类型,然后解引用,这样就能以int对象的方式去访问这个内存块了,也就是访问这个内存块的前4个字节。
  如下代码所示,这里通过malloc申请了两个16字节大小的内存块obj1和obj2,然后想要在obj1内存块的头4个字节存放obj2的地址。

  1. 把obj2的首地址转换成int类型存放在obj1的头四个字节中
  2. 去obj1头4个字节的内容,并强转成void*类型,给到obj1,近似与链表中p = p->next

代码如下:

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
	void* obj1 = malloc(16);
	void* obj2 = malloc(16);

	cout << "obj1:" << obj1 << endl;
	cout << "obj2:" << obj2 << endl;

	*(int*)obj1 = (int)obj2;  //把obj2的首地址转换成int类型存放在obj1的头四个字节中
	obj1 = (void*)*(int*)obj1;  //去obj1头4个字节的内容,并强转成void*类型,给到obj1,近似与链表中p = p->next

	cout << "obj1:" << obj1 << endl;
	cout << "obj2:" << obj2 << endl;

	return 0;
}

执行结果:

从调试结果和打印结果中我们可以看到,我们确实把obj2的地址存放到了obj1的头四个字节。

在这里插入图片描述

可以看到执行了*(int*)obj1 = (int)obj2;后,obj1的头四个字节被修改为obj2的首地址

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述


  可以看到在32位情况下是没有问题的,但是在64位下一个地址是8字节的,而int是4字节,所以不能使用int。在64位下,我后来改用long long是可以的,于是我写了一个条件编译,如果在32位下就用int,在64位下就用long long。

代码:

#include <iostream>
using namespace std;

#ifdef _WIN64
#define MY_TYPE long long
#elif _WIN32
#define MY_TYPE int
#endif

int main()
{
	void* obj1 = malloc(16);
	void* obj2 = malloc(16);

	cout << "obj1:" << obj1 << endl;
	cout << "obj2:" << obj2 << endl;

	*(MY_TYPE*)obj1 = (MY_TYPE)obj2;
	obj1 = (void*)*(MY_TYPE*)obj1;

	cout << "obj1:" << obj1 << endl;
	cout << "obj2:" << obj2 << endl;

	return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述
可以看到,运行结果无误。

*(void**)

  虽然但是,条件编译的方法很挫,后来我又发现了一种新的方法,就是把void*的内存块首地址强转成void**类型,然后再解引用,此时访问到的就是一个void*的对象,而void*在32位下是4字节,64位下是8字节,此时通过访问这个void*对象,在32位下就可以访问到内存块的前4个字节,64位下前8个字节,就不需要条件编译了。

代码:

#include <iostream>
using namespace std;

//#ifdef _WIN64
//#define MY_TYPE long long
//#elif _WIN32
//#define MY_TYPE int
//#endif

int main()
{
	void* obj1 = malloc(16);
	void* obj2 = malloc(16);

	cout << "obj1:" << obj1 << endl;
	cout << "obj2:" << obj2 << endl;

	//*(MY_TYPE*)obj1 = (MY_TYPE)obj2;
	//obj1 = (void*)*(MY_TYPE*)obj1;
	//实际上就是把MY_TYPE换成void*,由于内存块地址本身就是void*的,所以不需要强转。
	*(void**)obj1 = obj2;
	obj1 = *(void**)obj1;

	cout << "obj1:" << obj1 << endl;
	cout << "obj2:" << obj2 << endl;

	return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述

把*(void**)设计成函数,方便调用

  为了方便调用,我把*(void**)设计成了一个函数,如下所示:

static void*& NextObj(void* obj)
{
	return *(void**)obj;
}

  该函数返回的是一个void对象的引用,这样我们就可以通过这个返回值修改void对象中的内容。最终代码如下所示:调用起来就十分方便,使用NextObj(p)就像使用p->next一样

#include <iostream>
using namespace std;

//#ifdef _WIN64
//#define MY_TYPE long long
//#elif _WIN32
//#define MY_TYPE int
//#endif

static void*& NextObj(void* obj)
{
	return *(void**)obj;
}

int main()
{
	void* obj1 = malloc(16);
	void* obj2 = malloc(16);

	cout << "obj1:" << obj1 << endl;
	cout << "obj2:" << obj2 << endl;

	//*(MY_TYPE*)obj1 = (MY_TYPE)obj2;
	//obj1 = (void*)*(MY_TYPE*)obj1;
	//实际上就是把MY_TYPE换成void*,由于内存块地址本身就是void*的,所以不需要强转。
	//*(void**)obj1 = obj2;
	//obj1 = *(void**)obj1;

	NextObj(obj1) = obj2;
	obj1 = NextObj(obj1);

	cout << "obj1:" << obj1 << endl;
	cout << "obj2:" << obj2 << endl;

	return 0;
}
### 关于 C/C++ 中指针地址偏移与类型转换的原理 #### 指针地址偏移的基本概念 在 C 和 C++ 中,当操作符 `+` 应用于指针时,其行为取决于指针所指向的数据类型的大小。具体来说,如果有一个指针变量 `p`,它指向某种数据类型(假设为 `T`),那么表达式 `(p + n)` 并不是简单地增加内存中的字节数量,而是基于该数据类型的大小进行计算。即: \[ (p + n) \text{ 表示 } p + (n * sizeof(T)) \] 因此,在代码中 `(int)a + 1` 实际上表示的是从数组 `a` 的起始置向后移动一个整数单的距离[^1]。 #### 强制类型转换的作用 强制类型转换是一种显式的类型转换方式,允许程序员改变某个值或对象的解释形式而不改变它的实际存储内容。例如,在分配动态内存的过程中经常可以看到这样的语句: ```c (int*)malloc(4) ``` 这里通过 `(int*)` 将 `malloc` 函数返回的通用指针 (`void*`) 转换成了特定的 `int*` 类型,这使得编译器能够理解这块新分配出来的空间是用来存放整数值的[^2]。 #### 结合两者分析问题场景 对于题目提到的情况——将 `(int)a + 1` 这样的结果进一步处理并最终得到一个新的指针 `ptr2` 来访问原始数组某部分的内容,则涉及到了上述两个方面的知识点综合应用。下面逐步解析这一过程的工作机制: - **初始状态**: 设定存在一个名为 `a` 的数组,其中每个元素占据固定长度的空间。 - **地址运算**: 当执行 `(int)a + 1` 后,实际上获取到的是相对于原数组首项之后的一个新的逻辑上的起点置;但由于这里的加法考虑了目标类型(`int`)本身的尺寸特性,所以即使表面上只增加了“1”,实质上可能跨越了好几个真实的物理字节址。 - **重新定义视角**: 接着利用强制转型语法`(type)value`把之算得的结果再次封装成另一种意义下的参照物—在这里就是让原本属于不同结构层次的信息被统一映射至单一维度之上以便后续读写操作得以顺利开展。 综上所述,整个流程体现了高级语言层面灵活操控底层硬件资源的能力体现之一面相。 ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { char array[8]; // 创建一个字符数组模拟多字节情况 int* ptr = (int*)&array; // 把char[]当作int[] printf("%d\n", *(ptr)); // 输出第一个四字节作为单个整数看待后的表现形态 } ``` 以上示范程序展示了如何借助简单的声明调整达成跨类别解读同一份资料的效果。
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