编写一个自定义 malloc，将信息存储在指针中

Question

我最近读到了一系列自动内存管理技术，这些技术依赖于在分配器返回的指针中存储信息，即标头的几位，例如用于区分指针或存储与线程相关的信息（请注意，我不是这里谈论的是有限字段引用计数，只有不可变信息）。

我想尝试一下这些技术。现在，为了实现它们，我需要能够从分配器返回具有特定形状的指针。我想我可以使用最轻的位，但这需要看起来非常消耗内存的填充，所以我相信我应该使用最重的位。但是，我不知道如何做到这一点。有没有办法让我调用 malloc 或 malloc_create_zone 或一些相关函数并请求始终以给定位开头的指针？

谢谢大家！

Answer 1

指针中实际可以存储的信息量非常有限（通常每个指针只有一位或两位）。每次尝试取消引用指针都必须首先屏蔽掉魔法信息。顺便说一句，该技术通常称为标记。

 #define TAG_MASK   0x3
 #define CONS_TAG   0x1
 #define STRING_TAG 0x2
 #define NUMBER_TAG 0x3

 typedef uintptr_t value_t; 
 typedef struct cons {
     value_t car;
     value_t cdr;
 } cons_t;

 value_t
 create_cons(value_t t1, value_t t2)
 {
     cons_t* pair = malloc(sizeof(cons_t));
     value_t addr = (value_t)pair;
     pair->car = t1;
     pair->cdr = t2;
     return addr | CONS_TAG;
 }

 value_t
 car_of_cons(value_t v)
 {
     if ((v % TAG_MASK) != CONS_TAG) error("wrong type of argument");
     return ((cons_t*) (v & ~TAG_MASK))->car;
 }

这种技术的一个优点是，您可以直接从指针本身推断出对象的类型。您不需要取消引用它（例如，为了读取特殊的 type 字段或类似字段）。许多使用这种方案的语言实现也​​有针对“立即数”和其他小值的特殊标记组合，可以直接使用“指针”来表示。

缺点是可以存储的信息量非常有限。此外，如示例代码所示，您必须注意每次访问对象时的标记，并且需要在实际使用指针之前“取消标记”指针。

使用最低有效位来标记源于观察，在大多数平台上，所有指向 malloc 内存的指针实际上都是在非字节边界（通常是 8 字节）上对齐，因此最低有效位有效位始终为零。