Mengapa fungsi pointer dan pointer data tidak kompatibel dalam C / C ++?

Saya telah membaca bahwa mengonversi fungsi pointer ke data pointer dan sebaliknya berfungsi pada sebagian besar platform tetapi tidak dijamin berfungsi. Mengapa demikian? Bukankah keduanya seharusnya hanya alamat ke memori utama dan karenanya kompatibel?

Arsitektur tidak harus menyimpan kode dan data dalam memori yang sama. Dengan arsitektur Harvard, kode dan data disimpan dalam memori yang sama sekali berbeda. Sebagian besar arsitektur adalah arsitektur Von Neumann dengan kode dan data dalam memori yang sama tetapi C tidak membatasi dirinya hanya untuk jenis arsitektur tertentu jika memungkinkan.

Beberapa komputer memiliki (memiliki) ruang alamat yang terpisah untuk kode dan data. Pada perangkat keras seperti itu tidak berfungsi.

Bahasa dirancang tidak hanya untuk aplikasi desktop saat ini, tetapi untuk memungkinkannya diimplementasikan pada perangkat keras yang besar.

Sepertinya komite bahasa C tidak pernah dimaksudkan void*untuk berfungsi sebagai penunjuk, mereka hanya ingin penunjuk generik ke objek.

The C99 Rationale mengatakan:

6.3.2.3 Petunjuk
C sekarang telah diterapkan pada berbagai arsitektur. Sementara beberapa dari arsitektur ini menampilkan pointer seragam yang berukuran sebesar beberapa tipe integer, kode portable maksimal tidak dapat mengasumsikan korespondensi yang diperlukan antara tipe pointer yang berbeda dan tipe integer. Pada beberapa implementasi, pointer bahkan bisa lebih luas dari tipe integer apa pun.

Penggunaan void*("pointer to void") sebagai tipe pointer objek generik adalah penemuan Komite C89. Adopsi tipe ini dirangsang oleh keinginan untuk menentukan argumen prototipe fungsi yang secara diam-diam mengkonversi pointer arbitrer (seperti pada fread) atau mengeluh jika tipe argumen tidak sama persis (seperti pada strcmp). Tidak ada yang dikatakan tentang pointer ke fungsi, yang mungkin tidak sepadan dengan pointer objek dan / atau bilangan bulat.

Catatan Tidak ada yang dikatakan tentang pointer ke fungsi di paragraf terakhir. Mereka mungkin berbeda dari petunjuk lain, dan panitia sadar akan hal itu.

Bagi mereka yang ingat MS-DOS, Windows 3.1 dan yang lebih lama jawabannya cukup mudah. Semua ini digunakan untuk mendukung beberapa model memori yang berbeda, dengan beragam kombinasi karakteristik untuk penunjuk kode dan data.

Jadi misalnya untuk model Compact (kode kecil, data besar):

sizeof(void *) > sizeof(void(*)())

dan sebaliknya dalam model Medium (kode besar, data kecil):

sizeof(void *) < sizeof(void(*)())

Dalam hal ini Anda tidak memiliki penyimpanan terpisah untuk kode dan tanggal tetapi masih tidak dapat mengkonversi antara dua petunjuk (singkat menggunakan pengubah __near dan __far jauh non-standar).

Selain itu tidak ada jaminan bahwa meskipun pointer memiliki ukuran yang sama, bahwa mereka menunjuk ke hal yang sama - dalam model memori DOS Kecil, baik kode dan data yang digunakan dekat pointer, tetapi mereka menunjuk ke segmen yang berbeda. Jadi mengkonversi pointer fungsi ke data pointer tidak akan memberi Anda pointer yang memiliki hubungan dengan fungsi sama sekali, dan karenanya tidak ada gunanya untuk konversi seperti itu.

Pointer untuk membatalkan seharusnya mampu mengakomodasi pointer ke semua jenis data - tetapi tidak harus pointer ke suatu fungsi. Beberapa sistem memiliki persyaratan berbeda untuk pointer ke fungsi daripada pointer ke data (misalnya, ada DSP dengan pengalamatan berbeda untuk data vs kode, model medium pada MS-DOS menggunakan pointer 32-bit untuk kode tetapi hanya pointer 16-bit untuk data) .

Selain apa yang sudah dikatakan di sini, menarik untuk melihat POSIX dlsym():

Standar ISO C tidak mengharuskan pointer ke fungsi dapat dilemparkan bolak-balik ke pointer ke data. Memang, standar ISO C tidak mengharuskan objek bertipe void * dapat menahan pointer ke suatu fungsi. Implementasi yang mendukung ekstensi XSI, bagaimanapun, mengharuskan objek tipe void * dapat menahan pointer ke suatu fungsi. Namun, hasil konversi pointer ke fungsi menjadi pointer ke tipe data lain (kecuali void *) masih belum ditentukan. Perhatikan bahwa kompiler yang memenuhi standar ISO C diperlukan untuk menghasilkan peringatan jika konversi dari penunjuk void * ke penunjuk fungsi dicoba seperti pada:

 fptr = (int (*)(int))dlsym(handle, "my_function");

Karena masalah yang dicatat di sini, versi masa depan dapat menambahkan fungsi baru untuk mengembalikan pointer fungsi, atau antarmuka saat ini mungkin tidak digunakan lagi karena dua fungsi baru: yang mengembalikan pointer data dan yang lain mengembalikan pointer fungsi.

C ++ 11 memiliki solusi untuk ketidakcocokan jangka panjang antara C / C ++ dan POSIX dlsym(). Satu dapat digunakan reinterpret_castuntuk mengonversi penunjuk fungsi ke / dari penunjuk data selama implementasinya mendukung fitur ini.

Dari standar, 5.2.10 para. 8, "mengubah pointer fungsi ke tipe pointer objek atau sebaliknya didukung oleh kondisi." 1.3.5 mendefinisikan "yang didukung secara kondisional" sebagai "program yang menyatakan bahwa suatu implementasi tidak diperlukan untuk mendukung".

Bergantung pada arsitektur target, kode dan data dapat disimpan di area memori yang secara fundamental tidak kompatibel dan berbeda secara fisik.

undefined tidak selalu berarti tidak diperbolehkan, itu dapat berarti bahwa implementator kompiler memiliki lebih banyak kebebasan untuk melakukannya seperti yang mereka inginkan.

Sebagai contoh, beberapa arsitektur mungkin tidak dimungkinkan - undefined memungkinkan mereka untuk tetap memiliki pustaka 'C' yang sesuai bahkan jika Anda tidak dapat melakukan ini.

Solusi lain:

Dengan asumsi POSIX menjamin fungsi dan pointer data memiliki ukuran dan representasi yang sama (saya tidak dapat menemukan teks untuk ini, tetapi contoh yang dikutip OP menyarankan mereka setidaknya bermaksud membuat persyaratan ini), berikut ini harus berfungsi:

double (*cosine)(double);
void *tmp;
handle = dlopen("libm.so", RTLD_LAZY);
tmp = dlsym(handle, "cos");
memcpy(&cosine, &tmp, sizeof cosine);

Ini menghindari melanggar aturan aliasing dengan melalui char [] representasi, yang diizinkan untuk alias semua tipe.

Namun pendekatan lain:

union {
    double (*fptr)(double);
    void *dptr;
} u;
u.dptr = dlsym(handle, "cos");
cosine = u.fptr;

Tetapi saya akan merekomendasikan memcpypendekatan jika Anda ingin benar-benar 100% benar C.

Mereka dapat menjadi tipe yang berbeda dengan kebutuhan ruang yang berbeda. Menetapkan ke salah satu dapat irreversible mengiris nilai pointer sehingga memberikan hasil yang berbeda.

Saya percaya mereka dapat jenis yang berbeda karena standar tidak ingin membatasi kemungkinan implementasi yang menghemat ruang saat tidak diperlukan atau ketika ukuran dapat menyebabkan CPU harus melakukan omong kosong tambahan untuk menggunakannya, dll ...

Satu-satunya solusi yang benar-benar portabel adalah tidak digunakan dlsymuntuk fungsi, dan sebaliknya digunakan dlsymuntuk mendapatkan pointer ke data yang berisi pointer fungsi. Misalnya, di perpustakaan Anda:

struct module foo_module = {
    .create = create_func,
    .destroy = destroy_func,
    .write = write_func,
    /* ... */
};

dan kemudian di aplikasi Anda:

struct module *foo = dlsym(handle, "foo_module");
foo->create(/*...*/);
/* ... */

Kebetulan, ini adalah praktik desain yang baik, dan membuatnya mudah untuk mendukung pemuatan dinamis melalui dlopendan statis menghubungkan semua modul pada sistem yang tidak mendukung tautan dinamis, atau di mana pengguna / integrator sistem tidak ingin menggunakan tautan dinamis.

Contoh modern di mana fungsi pointer dapat berbeda ukurannya dari pointer data: pointer fungsi anggota kelas C ++

Dikutip langsung dari https://blogs.msdn.microsoft.com/oldnewthing/20040209-00/?p=40713/

class Base1 { int b1; void Base1Method(); };
class Base2 { int b2; void Base2Method(); };
class Derived : public Base1, Base2 { int d; void DerivedMethod(); };

Sekarang ada dua kemungkinan thispetunjuk.

Pointer ke fungsi anggota Base1dapat digunakan sebagai pointer ke fungsi anggota Derived, karena keduanya menggunakan this pointer yang sama . Tetapi pointer ke fungsi anggota Base2tidak dapat digunakan apa adanya sebagai pointer ke fungsi anggota Derived, karena this pointer perlu disesuaikan.

Ada banyak cara untuk menyelesaikan ini. Inilah cara kompiler Visual Studio memutuskan untuk menanganinya:

Pointer ke fungsi anggota dari kelas multiply-inherited adalah struktur.

[Address of function]
[Adjustor]

Ukuran fungsi pointer-ke-anggota kelas yang menggunakan multiple inheritance adalah ukuran pointer plus ukuran a size_t.

tl; dr: Saat menggunakan banyak pewarisan, penunjuk ke fungsi anggota dapat (tergantung pada kompiler, versi, arsitektur, dll) sebenarnya disimpan sebagai

struct { 
    void * func;
    size_t offset;
}

yang jelas lebih besar dari a void *.

Pada sebagian besar arsitektur, pointer ke semua tipe data normal memiliki representasi yang sama, jadi casting di antara tipe-tipe pointer data adalah no-op.

Namun, bisa dibayangkan bahwa pointer fungsi mungkin memerlukan representasi yang berbeda, mungkin mereka lebih besar dari pointer lainnya. Jika void * dapat menyimpan fungsi pointer, ini berarti bahwa representasi void * harus berukuran lebih besar. Dan semua cast data pointer ke / dari void * harus melakukan salinan tambahan ini.

Sebagai seseorang yang disebutkan, jika Anda membutuhkan ini, Anda dapat mencapainya menggunakan serikat pekerja. Tetapi sebagian besar penggunaan void * hanya untuk data, jadi akan sulit untuk meningkatkan semua penggunaan memori mereka kalau-kalau pointer fungsi perlu disimpan.

Saya tahu bahwa ini belum mengomentari sejak 2012, tapi saya pikir itu akan berguna untuk menambahkan bahwa saya lakukan tahu arsitektur yang memiliki sangat pointer tidak kompatibel untuk data dan fungsi karena panggilan pada yang cek arsitektur hak istimewa dan membawa informasi tambahan. Tidak ada jumlah casting yang akan membantu. Itu The Mill .