Question

当然，分配和释放相同的指针是明确定义的......

void *p1 = malloc(42);
assert(p1);
...
free(p1);

...并且当存在这些整数类型时，通过intptr_t/uintptr_t转换会创建可比指针（如“比较相等”C11 7.20.1.4），但不一定是相同的位模式。可以说p2和p3具有相同的值，但可能有不同的表示形式。

void *p2 = malloc(42);
assert(p2);
uintptr_t u2 = (uintptr_t) p2;
...
void *p3 = (void *) u2;

// Specified to evaluate true C11 7.20.1.4
if (p2 == p3) ...

// Maybe true, maybe false
if (memcmp(&p2, &p3, sizeof p2) == 0) ...

// Note - early version of post had this errant code
// if (memset(&p2, &p3, sizeof p2) == 0) ...

现在通过可比较的指针到free()。

free函数导致ptr指向的空间被释放，...如果参数不是匹配，则先前由内存管理函数返回的指针......行为未定义。 C11dr§7.22.3.33

void *p4 = malloc(42);
assert(p4);
uintptr_t u4 = (uintptr_t) p4;
...
void *p5 = (void *) u4;
...
free(p5);  // UB or not UB?

因此标题问题似乎已经完成：
“可比”是否足以“匹配”free()？

我怀疑free(p5)是undefined behavior（UB），但我不确定。没有特别的应用 - 只是试图理解C的角落，不要急。

Answer 1

类型uintptr_t保证转换为此类型并返回后的void指针将与原始指针¹进行比较。

如果指针比较等于另一个指针，则它们指向同一个对象²。

因此定义了最后一个示例中的行为，您可以使用该指针释放该对象：free(p5)

¹（引用自：ISO / IEC 9899：201x 7.20.1.4能够保持指针1的整数类型）
以下类型指定无符号整数类型，其属性为any 指向void的指针可以转换为这种类型，然后转换回指向void的指针，并且结果将与原始指针进行比较： uintptr_t的

²（引自：ISO / IEC 9899：201x 6.5.9平等操作员6）
两个指针比较相等，当且仅当两个指针都是空指针时，两个指针都指向相同的对象（包括指向对象和开头的子对象的指针）或函数，两者都是指向同一个数组对象的最后一个元素之后的指针，或者一个是指针到一个数组对象的末尾，另一个是指向另一个数组对象的开头的指针紧接着地址中第一个数组对象的数组对象空间。 109）

Answer 2

参考文献N1570，即2011年ISO C标准（C11）的最新公开草案。

void *p4 = malloc(42);
assert(p4);
uintptr_t u4 = (uintptr_t) p4;
...
void *p5 = (void *) u4;
...
free(p5);  // UB or not UB?

uintptr_t的定义保证指针值p4和p5相等;更简洁，p4 == p5。根据{{1}}对6.5.9p6中指针的定义，我们知道==和p4指向同一个对象（因为我们已经确定了{{p5的值1}}不是空指针。）

这并不能保证它们具有相同的表示形式。标准对指针的表示几乎没有说明（除了它们有一个表示），因此p3和p4完全有可能有不同的表示。该标准在6.2.6.1p4中明确允许这一点：

具有相同对象表示的两个值（除NaN之外）比较相等，但比较相等的值可能有不同的对象表示。

（实际上可能会或可能不会，具体取决于实施方式。）

现在问题是，究竟是什么传递给p5？

6.5.2.2中描述了函数调用。第4段说：

在准备调用函数时，会对参数进行求值，并为每个参数分配相应的值参数。

（强调补充。）

所以free看到的不是free()的对象表示（可能与p5的对象表示不同），而是p4的值 {1}}，保证与p5的值相同。传递该值的机制可能涉及制作对象表示的副本，但所有标准都表示该值是传递的，p4必须处理该值的任何不同表示。同样的价值也是如此。

Answer 3

有关转换为uintptr_t的语言使用“比较相等”，但请注意void*和T*之间的转换使用相同的词组：

指向void的指针可以转换为指向任何不完整或对象类型的指针。指向任何不完整或对象类型的指针可以转换为指向void并再次返回的指针;结果应该等于原始指针。

（ISO C99标准第6.3.2.3/1节）

如果匹配且比较等于不是同义词，那么根据您的推理，以下也将是UB：

T* p = malloc(n);
...
free(p);

而是需要：

void* p0 = malloc(n);
T* p = p0;
...
free(p0);

这与常识不符。此外，标准和K＆amp; R第2版中malloc使用的示例不做任何此类操作。

Answer 4

free不知道/关心返回值的存储位置，或者以后转换为什么类型（它被转换回void*）。因此，只要它指向已分配且尚未释放的内存，则传入的指针无关紧要。

Answer 5

通常，只要指向有效的堆块，任何对free的调用都将没有问题。当参数没有指向有效堆块的开头时，自由行为变得不可预测。例如，下面的代码将编译，但在执行期间会崩溃，因为修改后的指针不指向有效的堆块：

int* pn = (int*)malloc(sizeof(int));
pn += 2;                // Now points beyond the beginning of an allocated heap block
void* pv = (void*)pn;   
free(pv);               // Therefore will crash

如果删除pn + = 2，它将再次正常。底线：可以修改和转换你的指针，但是当你释放它们时，你应该确保它们指向实际分配的saomething并且还没有被释放。

是免费的（a_comparable_pointer）`定义良好还是UB？

5 个答案: