Question

我有一个关于指针差异和结果类型ptrdiff_t的问题。

C99§6.5.6（9）说：

当减去两个指针时，两个指针都指向同一个数组对象的元素，或者指向数组对象的最后一个元素的元素;结果是两个数组元素的下标的差异。结果的大小是实现定义的，其类型（有符号整数类型）在标头中定义为ptrdiff_t。如果结果在该类型的对象中无法表示，则行为未定义。换句话说，如果表达式P和Q分别指向数组对象的第i和第j个元素，则表达式（P） - （Q）具有值i-j，条件是该值适合于ptrdiff_t类型的对象。

§7.18.3（2）要求ptrdiff_t的范围至少为[-65535，+ 65535]

如果结果太大，我感兴趣的是未定义的行为。我无法在标准中找到任何保证至少与size_t的签名版本或类似内容相同的范围。所以，现在我的问题是：符合标准的实现是否可以使ptrdiff_t成为带符号的16位类型但size_t 64位？ [编辑：正如Guntram Blohm指出的那样，16位有符号的最大值为32767，所以我的例子显然不符合]据我所知，我不能在严格超过65535个元素的数组上做任何指针减法即使实现支持比这大得多的对象，也要符合代码。此外，该计划甚至可能会崩溃。

理由（V5.10）§6.5.6说：

重要的是要对此类型[ptrdiff_t]进行签名，以便在处理同一数组中的指针时获得正确的代数排序。但是，指针差异的大小可以与可以声明的最大对象的大小一样大;由于这是一个无符号类型，两个指针之间的差异可能会导致某些实现溢出。

这可以解释为什么不需要指定每个指针差异（对同一个数组的元素），但是它没有解释为什么PTRDIFF_MAX没有限制至少{ {1}}（带整数除法）。

为了说明，假设SIZE_MAX/2是任何对象类型，而T是n在编译时未知的对象。我想为size_t的{{1}}个对象分配空间，我想用指定范围内的地址进行指针减法。

不会严格遵守，我必须这样做

代替。真的那样吗？如果是这样，有人知道原因（即不需要size_t half = sizeof(T)>1 ? 1 : 2; // (*) if( SIZE_MAX/half/sizeof(T)<n ) /* do some error handling */; size_t size = n * sizeof(T); T *foo = malloc(size); if(!foo) /* ... */; [编辑：更改if( SIZE_MAX/sizeof(T) < n || PTRDIFF_MAX < n )到PTRDIFF_MAX >= SIZE_MAX/2]或类似的东西）？

（*）第一版中的一半是我在写这篇文章时认出来的东西，我有

首先，取>=的一半来解决基本原理中提到的问题;但后来我意识到如果if( SIZE_MAX/2/sizeof(T) < n )是1，我们只需要一半SIZE_MAX。鉴于此代码，第二个版本（肯定严格符合的版本）似乎并不那么糟糕。但是，如果我是对的，我仍感兴趣。

C11保留了§6.5.6（9）的措辞，C ++与此主题相关的答案也是受欢迎的。

Answer 1

我记得，在过去，一些16位80x86编译器有“大”或“巨大”数据模型，其中指针有32位，但整数仍然只有16位。这些编译器允许您创建大于65536字节的数组，但是，只有16位整数，访问不在第一个64K所需指针操作中的元素（这是真正奇怪的，指针由16位段组成）值和16位偏移值，实际地址为（（段＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆lt;＆＃4）

我不知道这些编译器的兼容性如何，但是他们不得不将SIZE_MAX定义为类似于1M的东西（因为这是你可以在奇怪的指针模型下解决的最大对象），但是ptrdiff_t应该是16位整数（由于范围仅为-32768到+32767，因此不符合。）

因此，在理智的硬件上实现理智的C实现没有任何理由让PTRDIFF_MAX小于SIZE_MAX。但是可能存在异国情调的硬件（在80x86的情况下，当时并不是异国情调），它允许您定义大型数组，但不允许您“同时”访问所有这些硬件。在这种情况下，PTRDIFF_MAX可能低于SIZE_MAX / 2.

Answer 2

为了回答标题中的问题：指针差异本身不能用于确定两个指针的差异，最终不会导致未定义的行为。正如您所注意到的，在PTRDIFF_MAX远小于对象的可能大小的系统上，这将是一个严重的限制。但是这样的系统很少见（我不知道），所以如果你的代码依赖于能够与大型对象区别开来，你总会把它放在像

这样的东西上。

#if PTRDIFF_MAX < SIZE_MAX/2
# error "we need an architecture with sufficiently wide ptrdiff_t"
#endif

但是即使在这种情况下（太窄ptrdiff_t），你总是能够计算同一个更大对象的两个指针之间的差异。

确定两个中的哪一个（p或q）较小。这总是如此定义明确。
说p是较小的一个，然后为p + i测试所有size_t i 从1开始，直至到达q或i为SIZE_MAX。
如果最终的i为SIZE_MAX且您未达到q，则差异无法代表。否则，i加上最终的标志就是您要查找的信息。

这不是很令人满意，但我无法弄清楚如何将线性算法改进为对数：为避免UB，我们不允许超越q进行比较。

而且，正如我所说，你只需要一些非常奇特的建筑。

修改

使用mafso获取指针差异最重要部分的技巧可以在O(log(n))中完成，其中n是所需距离。首先声明两个假定p < q
的内部函数
// computes the maximum value bit of the pointer difference // // assumes that p < q inline uintmax_t ptrdiff_maxbit(char const* p, char const* q) { uintmax_t len = 1; while (p+len <= q-len) len <<= 1; return len; } // compute the pointer difference // // assumes that p < q // assumes that len2 is a power of two // assumes that the difference is strictly less than 2*len2 inline uintmax_t ptrdiff_bounded(char const* p, char const* q, uintmax_t len2) { if (len2 < 2) return len2; uintmax_t len = (len2 >> 1); p += len; q -= len; for (; len; len >>= 1) if (p + len <= q) { len2 |= len; p += len; } return len2; }

然后定义计算字节差异的函数，并在intmax_t中无法表示差异的情况下添加约定：

inline intmax_t ptrdiff_byte(void const* p0, void const* q0) { char const * p = p0; char const * q = q0; if (p == q) return 0; if (p < q) { uintmax_t ret = ptrdiff_bounded(p, q, ptrdiff_maxbit(p, q)); if (ret > (-(INTMAX_MIN+1))+UINTMAX_C(1)) return INTMAX_MIN; else return -ret; } else { uintmax_t ret = ptrdiff_bounded(q, p, ptrdiff_maxbit(q, p)); if (ret > INTMAX_MAX) return INTMAX_MAX; else return ret; } }

最后，一个适合*p。
类型的宏
#define ptrdiff(P, Q) (ptrdiff_byte((P), (Q))/(intmax_t)sizeof(*Q))

什么时候确定指针差异？

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