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pointers - 为什么存在标记指针

问题描述

我了解标记指针背后的理论以及如何使用它在指针中保存其他数据。
但我不明白这部分（来自关于标记指针的维基百科文章）。

大多数架构都是字节可寻址的（最小的可寻址单元是一个字节），但某些类型的数据通常会与数据的大小对齐，通常是一个字或多个字。这种差异使指针的一些最低有效位未被使用

为什么会这样？
指针是否只有 30 位（在 32 位架构上）并且 2 位是对齐的结果？
为什么首先有 2 口未使用？
这是否会减少可寻址空间的大小（从 2^32 字节到 2^30 字节）？

标签： pointersmemorytagging

解决方案

考虑一个使用 16 位对齐和 16 位指针的架构（只是为了避免有太多的二进制数字！）。指针只会引用 16 的倍数的内存位置，但指针值仍然精确到字节。所以二进制指针是：

0000000000000100

指内存位置 4（内存中的第五个字节）：

┌────────────────────┬────────────────────┬──────── ──────┬──────────────┐
│ 十进制地址 │ 二进制地址 │ 8─位字节 │ 16位字 │
├────────────────────┼────────────────────┼──────── ──────┼──────────────┤
│ 0 │ 000000000000000 0   │ ┌──────────┐ │ ┌──────────┐ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 1 │ 0000000000000001 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └────────┘ │ └──────────┘ │
│ 2 │ 000000000000001 0   │ ┌──────────┐ │ ┌──────────┐ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 3 │ 0000000000000011 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └────────┘ │ └──────────┘ │
│ 4 - 这个 │ 000000000000010 0   │ ┌──────────┐ │ ┌────────┐ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 5 │ 0000000000000101 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └────────┘ │ └──────────┘ │
│ 6 │ 000000000000011 0   │ ┌──────────┐ │ ┌──────────┐ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 7 │ 0000000000000111 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └────────┘ │ └──────────┘ │
│ ... │ │ │ │
└────────────────────┴────────────────────┴──────── ──────┴──────────────┘

使用 16 位对齐，将永远不会有指向内存位置 5 的指针，因为它不会对齐，下一个有用的值是 6：

0000000000000110

请注意，最低有效位（最右边的那个）仍然是 0。事实上，对于该架构上的所有有效指针值，该位将为 0。这就是他们留下“......一些指针的最低有效位未使用。” 在我的示例中，它只有一位，但如果您有 32 位对齐，则指针值末尾的两位将始终为零：

┌────────────────────┬────────────────────┬──────── ──────┬──────────────┐
│ 十进制地址 │ 二进制地址 │ 8─bit bytes │ 32─bit words │
├────────────────────┼────────────────────┼──────── ──────┼──────────────┤
│ 0 │ 00000000000000 00   │ ┌──────────┐ │ ┌──────────┐ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 1 │ 0000000000000001 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 2 │ 0000000000000010 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 3 │ 0000000000000011 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └────────┘ │ └──────────┘ │
│ 4 │ 00000000000001 00   │ ┌──────────┐ │ ┌──────────┐ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 5 │ 0000000000000101 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 6 │ 0000000000000110 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 7 │ 0000000000000111 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └────────┘ │ └──────────┘ │
│ 8 │ 00000000000010 00   │ ┌──────────┐ │ ┌──────────┐ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 9 │ 0000000000001001 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 10 │ 0000000000001010 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └─────────┘ │ │ │ │
│ 11 │ 0000000000001011 │ ┌──────────┐ │ │ │ │
│ │ │ └────────┘ │ └──────────┘ │
│ ... │ │ │ │
└────────────────────┴────────────────────┴──────── ──────┴──────────────┘

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