Как создать "сигнальные" значения для указателей в Windows

Это перевод On generating sentinel pointer values in Windows. Автор: Реймонд Чен.

Предположим, что вам нужно несколько т.н. "сигнальных" значений. К примеру, пусть ваша функция работает с указателями на тип Widget, а вам требуется способ передавать значения с особым смыслом, к примеру: "Не указан Widget", или "Используй значение по умолчанию", или "Возьми Widget из родительского объекта", или "Все известные Widget-ы".

Ну, почти любой язык уже даёт вам как минимум одно значение, которое можно использовать в качестве сигнального: это nil, null, Nothing, nullptr или аналогичное "пустое" значение в вашем языке. Если вам нужно только одно значение, то вот вам простой вариант.

С другой стороны, это "пустое" значение является настолько общим, что оно может быть получено по ошибке. К примеру, это значение может быть значением по умолчанию для указателей. Значение может поступить от предыдущей (неудачной) операции (вроде выделение или поиска). Вы можете захотеть использовать какое-то другое значение, чтобы по ошибке не перепутать его с такими случаями.

1). Если вам нужно небольшое число сигнальных значений, то вы можете просто выделить несколько объектов-заглушек, адрес которых вы будете использовать в качестве значения, не используя при этом сами объекты.

2а). Другая идея состоит в создании частного региона памяти и использовании указателей из него. Вы можете вызвать Virtual­Alloc(MEM_RESERVE) для резервирования региона. В таком регионе никто не сможет выделить память/создать объекты. Если вы зарезервируете регион и целенаправленно не будете его использовать, то любой адрес из этого региона можно использовать в качестве сигнального значения.

2б). Аналогичную работу делает за вас и Windows: при инициализации адресного пространства процесса ядро резервирует нижние 64 Кб адресного пространства, чтобы в них нельзя было выделить память. Это даёт вам 65'536 потенциальных значений (ну, одно из них занято nil, поэтому у вас появляется только 65'535 новых значений). В примеру, эта техника используется макросами MAKE­INT­RESOURCE и MAKE­INT­ATOM для передачи числовых значений вместо строк.

До Windows 8 у приложений был способ "разрезервировать" этот регион памяти в 64 Кб и начать выделять в нём память - представьте себе хаос, к которому это может привести! В счастью, в Windows 8 это уже невозможно.

3). Если ваши Widget имеют требования по выравниванию (а если они состоят из чего угодно, кроме простого массива байт - то, вероятно, такие требования имеются), вы можете использовать любой указатель, который не удовлетворяет этим требованиям. К примеру, если Widget - это указатель (к примеру, в Delphi любой объект является указателем), то он, следовательно, должен быть выровнен на границу 4 байт (в 32-битной программе). Таким образом, любое значение указателя, не делящееся нацело на 4, может быть использовано в качестве сигнального значения - поскольку такое значение никогда не будет закреплено за допустимым объектом.

Примечание переводчика: строго говоря, если объект Delphi выделяется стандартным образом (через стандартный менеджер памяти), то он будет выровнен как минимум на границу 8 байт - это характеристика менеджера памяти Delphi, закреплённая в официальной документации. Опционально вы можете переключить менеджер памяти в режим выравнивания на 16 байт.

Даже если требования к выравниванию всего только два байта (например, запись с полями типа Word и меньше), то даже это даст вам два миллиарда значений (все нечётные 32-битные значения) - что очень много. Вы можете использовать f(n) := n * 2 + 1, чтобы создать сигнальное значение по номеру и g(n) := (n − 1) div 2, чтобы преобразовать сигнальное значение в его номер.

А если вы используете 64-битные указатели, то число возможных сигнальных значений просто ошеломляет.

Упражнение: Что не так с этим советом: "Возьмите любое значение большее $80000000"?