如果不在内存中,表达式和常量存储在哪里?

问题描述 投票:46回答:6

来自Brian W. Kernighan的C编程语言

&运算符仅适用于内存中的对象:变量和数组元素。它不能应用于表达式,常量或寄存器变量。

如果不在内存中,表达式和常量存储在哪里?这句话是什么意思?

例如: &(2 + 3)

为什么我们不能拿它的地址?它存放在哪里? 对于C ++,答案是否也一样,因为C一直是它的父级?

这链接question explains,这种表达式是rvalue对象和所有rvalue对象没有地址。

我的问题是这些表达式存储在哪里,以至于无法检索到它们的地址?

c++ c
6个回答
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考虑以下功能:

unsigned sum_evens (unsigned number) {
  number &= ~1; // ~1 = 0xfffffffe (32-bit CPU)
  unsigned result = 0;
  while (number) {
    result += number;
    number -= 2;
  }
  return result;
}

现在,让我们玩编译器游戏并尝试手动编译。我假设您正在使用x86,因为这是大多数台式计算机使用的。 (x86是Intel兼容CPU的指令集。)

让我们通过一个简单的(未经优化的)版本来解释这个例程在编译时的样子:

sum_evens:
  and edi, 0xfffffffe ;edi is where the first argument goes
  xor eax, eax ;set register eax to 0
  cmp edi, 0 ;compare number to 0
  jz .done ;if edi = 0, jump to .done
.loop
  add eax, edi ;eax = eax + edi
  sub edi, 2 ;edi = edi - 2
  jnz .loop ;if edi != 0, go back to .loop
.done
  ret ;return (value in eax is returned to caller)

现在,正如您所看到的,代码中的常量(021)实际上显示为CPU指令的一部分!事实上,1根本没有出现;编译器(在这种情况下,只是我)已经计算了~1并在代码中使用结果。

虽然你可以获取CPU指令的地址,但取一部分的地址通常是没有意义的(在x86中你有时可以,但在许多其他的CPU中你完全不能这样做),并且代码地址是从根本上不同于数据地址(这就是为什么你不能将函数指针(代码地址)视为常规指针(数据地址))。在某些CPU架构中,代码地址和数据地址完全不兼容(尽管大多数现代操作系统使用它的方式与x86不同)。

请注意while (number)相当于while (number != 0)0根本没有出现在编译代码中!它是由jnz指令暗示的(如果不是零则跳转)。这是为什么你不能拿那个0的地址的另一个原因 - 它没有一个,它实际上无处可去。

我希望这能让你更清楚。


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存储这些表达式的位置,以便无法检索地址?

你的问题不是很好。

  • 概念 这就像问为什么人们可以讨论名词的所有权而不是动词。名词指的是可能(可能)拥有的东西,而动词指的是所执行的动作。你不能拥有一个动作或执行一件事。
  • 在语言规范方面 表达式不存储在第一位,它们被评估。编译器可以在编译时对它们进行评估,也可以在运行时由处理器对它们进行评估。
  • 在语言实施方面 考虑一下这句话 int a = 0; 这样做有两件事:首先,它声明了一个整数变量a。这被定义为您可以采取的地址。编译器可以在给定平台上执行任何有意义的操作,以允许您获取a的地址。 其次,它将变量的值设置为零。这并不意味着编译程序中某处存在值为零的整数。它通常可以实现为 xor eax,eax 也就是说,XOR(异或)eax注册自己。这总是导致零,无论以前是什么。但是,在编译的代码中没有固定的值0对象来匹配您在源代码中编写的整数文字0

顺便说一句,当我说上面的a是你可以采取的地址时 - 值得指出的是,除非你接受它,否则它可能没有真正的地址。例如,该示例中使用的eax寄存器没有地址。如果编译器可以证明程序仍然是正确的,那么a可以在该寄存器中存活,并且永远不会存在于主存中。相反,如果你在某处使用表达式&a,编译器将注意创建一些可寻址的空间来存储a的值。


请注意,我可以轻松地选择一种不同的语言,我可以使用表达式的地址。

它可能会被解释,因为一旦机器可执行输出替换它们,编译通常会丢弃这些结构。例如,Python具有运行时内省和code对象。

或者我可以从LISP开始并扩展它以提供对S表达式的某种操作地址。

它们两者的共同关键是它们不是C,这在设计和定义方面并不提供这些机制。


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这些表达式最终成为机器代码的一部分。表达式2 + 3可能被转换为机器代码指令“将5加载到寄存器A”。 CPU寄存器没有地址。


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将地址用于表达式并没有多大意义。你能做的最接近的是一个函数指针。表达式的存储方式与变量和对象的存储方式不同。

表达式存储在实际的机器代码中。当然,您可以找到评估表达式的地址,但这样做是没有意义的。

阅读有关装配的一些内容。表达式存储在文本段中,而变量存储在其他段中,例如数据或堆栈。

https://en.wikipedia.org/wiki/Data_segment

解释它的另一种方法是表达式是cpu指令,而变量是纯数据。

还有一件事要考虑:编译器经常优化掉东西。考虑以下代码:

int x=0;
while(x<10)
    x+=1;

此代码可能会优化为:

int x=10;

那么在这种情况下(x+=1)的地址意味着什么呢?它甚至不存在于机器代码中,因此根据定义它根本没有地址。


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表达式和常量如果不在内存中则存储在何处

在某些(实际上很多)情况下,根本不存储常量表达式。特别是,想想optimizing compilers,看看CppCon 2017:Matt Godbolt的talk“我的编译器最近为我做了什么?解开编译器的盖子“

在某些具有2 + 3的C代码的特定情况下,大多数优化编译器将constant folded设置为5,并且该常量可能只是在machine code的某些code segment指令(作为某些位域)内,甚至没有明确定义的内存位置。如果该常量5是一个循环限制,一些编译器可能已经完成了loop unrolling,并且该常量将不再出现在二进制代码中。

另见this答案等...

请注意,C11是一个用英语写的规范。阅读其n1570标准。另请阅读更大的C ++ 11(或更高版本)规范。

C(和C ++)的semantics禁止使用常量的地址。


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答案太复杂了。您的初始语句的真正含义是它适用于堆栈内存或堆内存中的值,即您实际可以写入的内存。表达式和常量(程序本身)实际上存储在内存中,但您无法写入此内存。因此,能够参考那个记忆是没有意义的;如果你尝试,你会得到一个段错误。

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