Question

我是计算机科学的初学者。我了解到，指针是一种复合数据类型，它指示数据的地址以及数据的类型和大小。指针的类型转换只会更改读取大小，但会更改起始地址。为了证实这一点，我做了一个实验。

请参见下面的代码。我更改了变量“样本”的指针类型，但我认为它仍指向样本的第一个字节。大小没有改变。然后，我使（字符类型）指针向左跳一个字节（在代码中为“ p = p-1”）。之后，我将其转换回短类型。我认为指向的数据是0x..24（..表示数据在0x2456前面）。最后，我使用位操作“ <<”更改为0x2400。但是，每次运行时，我都会得到随机数。

   #include<stdio.h>

   int main(void){
       short sample = 0x2456;

       char *p = (char*) &sample; 
       p = p-1;
       printf("%d\n",*((short*)p)<<8 );
       return 0;
   }

Answer 1

出于网络安全原因，大多数operating systems都提供address space layout randomization，其中包括call stack调用的main函数的crt0。

我不知道为什么无法获得固定值。

ASLR可能解释了为什么在OS上多次运行程序会产生不同的输出。您的p 可能指向调用堆栈的某个奇怪位置。

当然，请阅读有关undefined behavior的更多信息，以及Modern C以及C11的规范，即n1570。

如果您使用最新的GCC来编译C代码foo.c，请考虑使用gcc -Wall -Wextra -O -S foo.c对其进行编译，然后查看发出的汇编代码foo.s。然后，您将了解将什么值传递给printf。它是特定于实现的。

Answer 2

存在C语言，其语言可以保证，然后有未定义的代码，不能保证任何特定行为。

C语言不允许允许所有形式的通配符转换和任意指针算术-如果违反规则，则可能发生任何事情，并且不能保证确定性的结果。如果要分析此类不确定性代码，则可能会得到任何结果，包括程序崩溃。

要详细分析代码并显示错误之处：

char *p = (char*) &sample;这是有效的转换。 C中有一些特殊的规则，允许通过诸如此类的指针转换将任何类型转换为字符类型。进行这种转换后，您可以取消引用指针。
然而，char特别具有实现定义的签名。这意味着它可以等于signed char或unsigned char，具体取决于编译器。如果已签名，那么如果取消引用该指针，则可能会遇到意外的输出。
p = p-1;是未定义的行为，任何事情都可能发生。我们只能对指向数组的指针进行指针算术运算。为了确定指针算术是否有效，将指向单个值变量（“标量”）的指针视为指向具有1个项的数组的指针。

指针算术必须导致指针指向已分配数组中从索引0到n+1的数组项，其中n是数组大小。 C允许将1项指向数组之外的一种特殊情况。但是，它不允许指针算术像在代码中那样导致指针指向数组之前的项。

（作为一种特殊情况，为了分析原始数据，我们可以使用字符指针对任何数据类型进行增量迭代。然后将数据视为sizeof(data)个字符的数组。但是您的代码无法执行此操作。）
*(short*)p也是未定义的行为，因为编译器不知道p现在指向何处或在那里存储什么类型。在所有需要 aligned access 的系统上，这也是未定义的行为，因为指针现在绝对是未对齐的。

最后，您现在访问的内存区域可能会被系统阻止，从而导致访问冲突或分段错误。这种错误的性质和结果超出了C的范围。
尽管上述所有问题，如果您的程序仍设法吐出一些二进制结果，则该结果可能会受到CPU endianess 的影响。在第一行char *p = (char*) &sample;，p可以指向MS字节或LS字节，具体取决于系统。
如果前一句话中未定义的二进制粘滞符恰好包含MSB集，则可以通过左移负整数再次调用未定义的行为。

摘要：我计算了4种未定义行为的情况和2种实现定义行为的情况。此代码没有预期的保证或确定性结果。检查结果没有什么可学的。您只能通过分析给出此类结果的代码为什么错误来学习一些东西。

Answer 3

根据您的代码，我假设您想将0x24移到较高（实际上是较低）的字节上。尝试p=p+1，看看是否获得理想的结果。

如果您执行(int)*p << 8，则每次读取2400都比读取指针短。

或者您可以做一些疯狂的事情，例如在初始化指针之后初始化一些变量，这样当我们移动指针时，它不会得到垃圾，而是变量的一部分

#include<stdio.h>

   int main(void){
       short sample = 0x2456;

       char *p = (char*) &sample; 
       int zero = 0;
       p = p+1;
       printf("%x\n",*((short*)p) << 8 ); 
       return 0;
   }

您甚至可以像这样打印0x1224（两者的一半）

   #include<stdio.h>

   int main(void){
       short sample = 0x2456;

       char *p = (char*) &sample; 
       int zero = 0x12;
       p = p+1;
       printf("%x\n",*((short*)p);    //will print 1224
       return 0;
   }

边注：我假设两个变量都在单个堆栈帧中，并且假定内存为低端字节序。结果可能会因编译器和目标系统而异。

Answer 4

我只是要在黑暗中拍照。如果要打印存储在样本的前8位中的值（在这种情况下为1）。注意，这假设内存是小端的：

short sample = 1;
char* p = (char*)&sample;
p = p - 1;
std::cout << "the first 8 bits of sample: " << (*(short*)p >> 8) << std::endl;

为什么位操作的返回值每次都会改变？

4 个答案: