计算机如何分配两个变量，我们如何计算两个变量之间的距离？

Question

当我试图检查两个变量之间的差异时，我发现了一些有趣的东西（您可以在下面的代码中看到）

#include <stdio.h>
#include <conio.h>
int main() {
    int a, b;  
    printf("%d", (int)&a - (int)&b);
    getch();
    return 0;
}

并且每次的结果都是 12 。我不知道为什么结果是 12，我认为结果一定是 4（或 -4）。我的电脑是64位的，请解释一下。

Answer 1

不，你不可能说结果一定是 4，仅仅因为你知道 sizeof int 在你的情况下是 4。

没有standard-compliant, 做你正在寻找的事情的便携方式（获取两个 int 变量的地址之间的差异，而不是任何数组的一部分）。

在连续两行中声明两个 int 变量并不意味着它们将被连续放置在内存中。排序很可能与您预期的不同。（在这种情况下它是 int a,b 我在这里谈论）。如果您希望 int 在内存中相邻，则数组（如 int ab[2]）是 ISO C 保证在所有实现中都会为您提供的唯一选项。（在大多数 C 实现中，您也可以使用 struct，但理论上不能完全移植。²）

正如所指出的那样，此代码将指针转换为指向 int 的指针，它调用实现定义的行为。另请注意，有符号整数溢出是 UB，并且不能保证 int 可以保存特定系统中的地址。因此 intptr_t 应该是避免 UB 的安全方法，并且通过减去单独对象的地址的整数值仅得到 implementation-defined 结果。

前面提到的好的一点是，如果我们认为架构实现了平面寻址（就像实际使用中的几乎每个 C 实现一样），那么我们可以简单地将指针转换为 intptr_t 并减去它以获得结果¹。但正如它所说的那样——标准从不限制这种特定的内存布局（它不要求架构是这样的）——更加健壮并适用于大量系统。在我们考虑到架构没有平面地址 space 的实现可能存在一些问题需要它以复杂的方式访问元素之前，无论说什么都是正确的。

_{注意：如果您运行这段带有 gcc 的代码有或没有不同的优化标志（-O3、-O2 等），您很可能会得到 +4 或 -4 的预期结果。这一定是为您提供此结果的编译器特定情况。（很可能不是 gcc）。}

脚注

将对象地址转换为整数是一个 2 阶段过程：首先转换为 void *，然后转换为 intptr_t/uintptr_t 之类的整数。要打印两个这样的整数的差值，请使用 PRIdPTR/PRIuPTR。 intptr_t 和 uintptr_t 是可选类型，但 非常普遍 自 C99 以来可用。如果 intptr_t/uintptr_t 不可用，则转换为最广泛的可用类型并使用其匹配说明符。

#include <inttypes.h>
// printf("%d", (int)&a - (int)&b);
printf("%" PRIdPTR, (intptr_t)(void*)&a - (intptr_t)(void*)&b);
// or pre-C99
printf("%ld", (long)(void*)&a - (long)(void*)&b);

struct 布局和字体大小：

实际上，struct intpair { int a,b; } ab; 在主流实现中也会有连续的 a 和 b，但 ISO C 允许在结构布局中任意数量的填充。不过，它确实要求结构成员的地址递增，因此编译可以填充但不会重新排序您的结构。（或 C++ 中的类；那里的规则相同）。

因此为了最小化填充（为了速度/缓存 space 效率），将成员从最大到最小排序通常是个好主意，因为许多类型的对齐要求等于它们的宽度。或者，如果您想将较小的成员放在较宽的成员之前，则将较小的成员成对/四边形分组。请记住，许多实际实现在 32 / 64 位指针和/或 32 / 64 位 long 之间有所不同。例如x86-64 Windows 上的 64 位指针和 32 位 long，但 x86-64 上的所有其他内容都是 64/64。当然，纯 ISO C 只设置类型必须能够表示的最小值范围，并且它们的最小值 sizeof 是 1，但是大多数现代 CPU（以及它们的主流 C 实现）已经确定了32 位 int.

避免编写依赖于正确性假设的代码，但在考虑性能时牢记这一点很有用。

Answer 2

由于标准没有指定指向不相关对象的指针的算法，因此减去此类指针很容易出现 UB，并且它取决于实现。

由于它依赖于实现，因此不能指望结果。

通常，根据经验，编译器会在程序堆栈上分配两个彼此靠近（大小并排）的整数。在这种情况下，对于具有平面内存架构的系统，减去地址将得到 int 的大小。

这是一个测试，用于检查您的程序可以为您提供什么：

#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <inttypes.h>

int main() {

   int a, b;  

   // Print address of the variables of a and b

   printf("Address of b %p\n", (void *)&b);
   printf("Address of a %p\n", (void *)&a);

   // THIS IS PRONE TO UB since pointers `&a` and '&b' not related to each other: 
   printf("Substructing pointers:  %lld\n",  &b - &a );

   // Now we substract addresses:

   // Get the distance in memory on any architecture with flat addressing.
   printf("\nSubtracting addr:  %lld\n", (long long int)&b - (long long int)&a);
   printf("Subtracting addr:  %lld\n", (__intptr_t)(void *)&b - (__intptr_t)(void *)&a);
   printf("%" PRIdPTR, (intptr_t)(void*)&a - (intptr_t)(void*)&b);       

   return 0;

}

输出：

Address of b 0x7ffc2d3cd2d4
Address of a 0x7ffc2d3cd2d0
Substructing pointers:  1

Subtracting addr:  4
Subtracting addr:  4
-4

计算机如何分配两个变量，我们如何计算两个变量之间的距离？

How does computer allocate two variables and how can we calculate the distance between two variables?

c

c++

cpu-architecture