c++ - 将 nullptr 分配给成员指针

Question

谁能告诉我为什么分配给 Class::* 类型的数据成员指针的 nullptr 的内部表示对于 MSVC、clang 和 g++ 是 -1？对于 64 位系统，(size_t)1 << 63 是最好的，因为如果你使用 nullptr 成员指针，你肯定会触及内核内存并崩溃，所以这将是一个很好的调试帮助。

-1背后有更深层次的原因吗？

样本：

struct X
{
    int x, y;
};

using member_ptr = int X::*;

member_ptr f()
{
    return nullptr;
}

... 使用 g++ 生成以下二进制文件：

movq    $-1, %rax
ret

Answer 1

~(0LLU) 更可取的原因有以下三个：

成员指针可以是从 0 到结构或类大小的任何值。使用 ~(0LLU) 与实际有效的成员指针发生冲突的风险最小。您不能真正拥有 size_t 大小的结构：
```
<source>:2:21: error: size '9223372036854775808' of array 'x' exceeds maximum object size '9223372036854775807'
    2 |     long long x[1LLU<<63];

<source>:2:15: error: size of array 'x' exceeds maximum object size '9223372036854775807'
    2 |     long long x[1LLU<<62];
```
请注意，限制是 (1LLU<<63) - 1。所以那种否定了这个论点。在 16 位系统上可能会有所不同。
在 x86_64 上加载 0、~(1LLU) 和 1LLU << 63 变为
```
31 ff                            xor    %edi,%edi
48 c7 c7 ff ff ff ff             mov    $0xffffffffffffffff,%rdi
48 bf 00 00 00 00 00 00 00 80    movabs $0x8000000000000000,%rdi
```
加载 0 是最快的。加载 1LLU << 63 是最长的操作码，仅此一项就有性能成本。所以使用 ~(0LLU) 作为成员指针 nullptr 有轻微的性能优势。
在很多架构上都是类似的。在 Mips64 上，最后一个需要一个额外的操作码：https://godbolt.org/z/3nehjcoM6
从旧的 C 时代开始，函数返回 -1 或 ~(0LLU) 作为错误代码是一种习惯，但使用 0 的指针除外。成员指针不能使用 0。

我个人认为编译器开发人员只是遵循旧习惯（原因 3）。它也更快只是运气（或者那些老 C geezers 知道他们在哪里选择错误代码:)。

至于为什么编译器在优化时不能使用~(0LLU)，在调试时不能使用1LLU << 63：你可以编译一些翻译单元作为优化代码和一些调试代码。然后，它们将遵循不兼容的 ABI，并且无法链接在一起。

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