Где хранятся адреса указателей в языке Си?

Это деталь реализации, но...

Не все адреса хранятся в памяти. Процессор также имеет регистры, которые могут использоваться для хранения адресов. Есть только несколько регистров, которые можно использовать таким образом, возможно, 16 или 32, по сравнению с миллиардами байт, которые вы можете хранить в памяти.

Переменные в регистрах

Некоторые переменные будут храниться в регистрах. Если вам нужно быстро сложить некоторые числа, например, компилятор может использовать, например:, %eax (который является регистром на x86) для накопления результата. Если оптимизация включена, то переменные обычно существуют только в регистрах. Конечно, только несколько переменных могут быть в регистрах в любой момент времени, поэтому большинство переменных должны быть записаны в память в какой-то момент.

Если переменная сохраняется в памяти из-за нехватки регистров, это называется "разлив". Компиляторы работают очень усердно, чтобы избежать утечки регистров.

int func()
{
    int x = 3;
    return x;
    // x will probably just be stored in %eax, instead of memory
}

Переменные на стек

Обычно один регистр указывает на специальную область, называемую "стеком". Таким образом, указатель, используемый функцией, может храниться в стеке, и адрес этого указателя может быть вычислен путем выполнения арифметики указателя на указателе стека. Указатель стека не имеет адреса, потому что это регистр, а регистры не имеют адресов.

void func()
{
    int x = 3; // address could be "stack pointer + 8" or something like that
}

Компилятор выбирает макет стека, предоставляя каждой функции "кадр стека", достаточно большой, чтобы вместить все функции этой функции. переменная. Если оптимизация отключена, переменные обычно получают свой собственный слот во фрейме стека. При включенной оптимизации слоты будут использоваться повторно, совместно или оптимизированы полностью.

Переменные с фиксированными адресами

Другой альтернативой является хранение данных в фиксированном месте, например, "адрес 100".

// global variable... could be stored at a fixed location, such as address 100
int x = 3;

int get_x()
{
    return x; // returns the contents of address 100
}

На самом деле это не редкость. Помните, что "адрес 100" не соответствует оперативной памяти, обязательно-это фактически виртуальный адрес ссылка на часть виртуального адресного пространства вашей программы . Виртуальная память позволяет нескольким программам использовать "адрес 100", и этот адрес будет соответствовать различным частям физической памяти в каждой запущенной программе.

Абсолютные адреса могут также использоваться в системах без виртуальной памяти или для программ, которые не используют виртуальную память: загрузчики, ядра операционных систем и программное обеспечение для встраиваемых систем могут использовать фиксированные адреса без виртуальной памяти. память.

Абсолютный адрес задается компилятором путем размещения "дыры" в машинном коде, называемойперемещением .

int get_x()
{
    return x; // returns the contents of address ???
              // Relocation: please put the address of "x" here
}

Затем компоновщик выбирает адрес для x и помещает его в машинный код для get_x().

Переменные относительно счетчика программы

Еще одна альтернатива заключается в хранении данных в месте относительно кода, который выполняется.

// global variable... could be stored at address 100
int x = 3;

int get_x()
{
    // this instruction might appear at address 75
    return x; // returns the contents of this address + 25
}

Общие библиотеки почти всегда используют этот метод, что позволяет загружать общую библиотеку по любому адресу, доступному в адресном пространстве программы. В отличие от программ, общие библиотеки не могут выбрать свой адрес, потому что другая общая библиотека может выбрать тот же самый адрес . Программы также могут использовать этот метод, и это называется "независимым от позиции исполняемым файлом". Программы будут независимы от позиции на системах, которым не хватает виртуальной памяти, или для обеспечения дополнительной безопасности на системах с виртуальной памятью, так как это делает ее труднее писать код оболочки.

Точно так же, как и с абсолютными адресами, компилятор вставит "дыру" в машинный код и попросит компоновщика заполнить ее.

int get_x()
{
    return x; // return the contents of here + ???
              // Relocation: put the relative address of x here
}