在 C++ 中为零大小的分配返回唯一地址的基本原理是什么？

背景:C11 标准中提到了 malloc(7.20.3 内存管理功能):

If the size of the space requested is zero, the behavior is implementation defined: either a null pointer is returned, or the behavior is as if the size were some nonzero value, except that the returned pointer shall not be used to access an object.

也就是说，正如我所见，malloc 对于零大小的分配总是成功的，因为你唯一能用零大小分配的指针做的是调用其他一些内存分配函数，如 免费与它:

• 如果malloc返回NULL，free(NULL)就ok了，可以认为是成功了，
• 如果它返回一些其他值，那也是成功(因为它不是 NULL)，唯一的条件是该值上的 free 也应该起作用。

此外，C11(也是 7.20.3)没有指定从 malloc 返回的地址必须是唯一的，只是它们必须指向不相交的内存区域:

The pointer returned if the allocation succeeds is suitably aligned so that it may be assigned to a pointer to any type of object and then used to access such an object or an array of such objects in the space allocated (until the space is explicitly deallocated). The lifetime of an allocated object extends from the allocation until the deallocation. Each such allocation shall yield a pointer to an object disjoint from any other object.

所有大小为零的对象都是不相交的 AFAICT，这意味着 malloc 可以为多个零大小分配返回相同的指针(例如 NULL 就可以了) , 或者每次使用不同的指针，或者某些时候使用相同的指针，等等。

然后 C++98 出现了两个原始内存分配函数:

void* operator new(std::size_t size);
void* operator new(std::size_t size, std::align_val_t alignment);

请注意，这些函数只返回原始内存:它们不会创建或初始化任何 AFAICT 类型的任何对象。

你这样称呼他们:

#include <iostream>
#include <new>
int main() {
    void* ptr = operator new(std::size_t{0});
    std::cout << ptr << std::endl;
    operator delete(ptr, std::size_t{0});
    return 0;
}

C++17 标准的 [new.delete.single] 部分解释了它们，但我看到的关键保证在 [basic.stc.dynamic.分配]:

Even if the size of the space requested is zero, the request can fail. If the request succeeds, the value returned shall be a non-null pointer value (7.11) p0 different from any previously returned value p1, unless that value p1 was subsequently passed to an operator delete. Furthermore, for the library allocation functions in 21.6.2.1 and 21.6.2.2, p0 shall represent the address of a block of storage disjoint from the storage for any other object accessible to the caller. The effect of indirecting through a pointer returned as a request for zero size is undefined.38

也就是说，它们必须始终在成功时返回不同的指针。这与 malloc 有点不同。

我的问题是:这种变化背后的基本原理是什么？(也就是说，在 C++ 中为零大小的分配返回唯一地址的背后)

理想情况下，答案只是指向探索替代方案并激发其语义的论文(或其他来源)的链接。通常我会为这些 C++98 问题选择 The Design and Evolution of C++，但第 10 节(内存管理)没有提及任何相关内容。否则，某种权威的引用会很好。

免责声明:我 asked it on reddit但我问得不够好，所以我没有得到任何有用的答案。我想请问您，如果您只有一个假设，请随时将其作为答案发布，但请提及这只是一个假设。

此外，在 reddit 上，人们继续讨论零大小的类型，我是否有更改标准的建议等。这个问题是关于在传递大小等于零时原始内存分配函数的语义。如果诸如零大小类型之类的主题与您的答案相关，请包括它们!但请尽量不要因切线问题而出轨。

此外，在 reddit 上，人们还提出了诸如“这是出于优化目的”之类的论点，但实际上无法提及更具体的内容。我希望答案中的“因为优化”更具体。例如，一位 redditor 提到了别名优化，但我想知道哪种别名优化适用于无法取消引用的指针，并且无法让任何人对此发表评论。因此，如果您要提及优化，也许可以举一个小例子来丰富讨论。

最佳答案

问题在于 C++ 中的对象(无论其大小)必须具有唯一标识。所以不同的共存对象(不管它们的大小)必须有不同的地址，因为两个比较相等的指针被假定指向同一个对象。

如果你承认零大小的对象可以有相同的地址，你就不能再区分两个地址是否是同一个对象。

许多关于“new 不返回对象”问题的评论。

请在此上下文中忘记 OOP 术语:

C++ 规范对“对象”一词的含义有一个精确的定义。

CPP Reference:Object

特别是:

C++ programs create, destroy, refer to, access, and manipulate objects. An object, in C++, is a region of storage that has

• size (can be determined with sizeof);
• alignment requirement (can be determined with alignof);
• storage duration (automatic, static, dynamic, thread-local);
• lifetime (bounded by storage duration or temporary);
• type;
• value (which may be indeterminate, e.g. for default-initialized non-class types);
• optionally, a name.

The following entities are not objects: value, reference, function, enumerator, type, non-static class member, bit-field, template, class or function template specialization, namespace, parameter pack, and this.

A variable is an object or a reference that is not a non-static data member, that is introduced by a declaration.

Objects are created by definitions, new-expressions, throw-expressions, when changing the active member of a union, and where temporary objects are required.

关于c++ - 在 C++ 中为零大小的分配返回唯一地址的基本原理是什么？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/50610274/