clang/gcc无法将全局变量设置为一个地址常量减去另一个地址常量。

Question

clang/gcc无法将全局变量设置为一个地址常量减去另一个地址常量。

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以下程序编译时没有错误。

#include <stdio.h>

char addr_a[8];
char addr_b[8];

unsigned long my_addr = (unsigned long)addr_b - 8;                          // PASS
// unsigned long my_addr = (unsigned long)addr_b - (unsigned long)addr_a;   // FAIL (error: initializer element is not constant)

int main() {
        printf("%lx\n", my_addr);
        return 0;
}

有趣的是，当我设置unsigned long my_addr = (unsigned long)addr_b - (unsigned long)addr_a时，编译器会抛出“error：initializer element is not constant”的错误。

我知道全局变量只能用常量表达式来初始化。我也知道可以在C标准的第6.6p7节中指定可用于全局初始化程序的常量表达式类型:

更多自由度允许在初始化程序中使用常量表达式。这样的常量表达式应为以下之一或求值为以下之一： - 算术常量表达式， - 空指针常量， - 地址常量，或 - 完整对象类型的地址常量加上或减去整数常量表达式。

请注意，允许地址常量减去整数常量，但不允许地址常量减去另一个地址常量。

问题：

为什么C标准限制了初始化全局变量的方式？是什么阻止C标准接受“unsigned long my_addr = (unsigned long)addr_b - (unsigned long)addr_a”这样的初始化方式？

你为什么想要这个？

假设addr_a和addr_b分别表示.text部分的开始和结束。程序可能想要映射.text部分，其大小为(unsigned long)addr_b - (unsigned long)addr_a。trusted-firmware-a项目在Boot Loader stage 2（BL2）中执行此操作。请参见BL_CODE_END - BL_CODE_BASE，该代码用于arm_bl2_setup.c。

- Jorge

2个回答

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C标准为什么不接受unsigned long my_addr = (unsigned long)addr_a + (unsigned long)addr_b？

根本原因是“为什么有人想要这样做呢？”将两个绝对地址相加没有意义，结果也不是特定的地址。

这是一种鸡生蛋或蛋生鸡的情况。语言不支持它是因为它是无用的，同时现有的链接器和目标文件格式也不支持这种重定位。例如，在x86-64上的ELF中，请参见psABI表4.9以获取支持的重定位列表，并注意没有S+S。链接器不支持它是因为它是无用的，并且语言不要求支持它。

我猜最初工具可能先于语言出现（最早的C编译器可能使用为汇编程序设计的链接器）。因此，最初的工具可能不支持此功能，语言也没有必要要求它们这样做，随着时间的推移，两者都没有看到需要添加它的必要性。

- Nate Eldredge

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可以查看英文原文，
原文链接

- dbush · Accepted Answer

具有静态存储期（即全局变量以及定义为static的局部变量）的对象只能使用常量表达式进行初始化。

可用于这种对象初始化程序中的常量表达式类型在C标准的第6.6p7节中指定：

在初始化程序中更允许使用常量表达式。此类常量表达式应为以下之一或求值为以下之一：

算术常量表达式，

空指针常量，

地址常量，或

完整对象类型的地址常量加或减整数常量表达式。

请注意，允许使用地址常量加上整数常量，但不允许使用地址常量加上另一个地址常量。

尽管如此，需注意您当前情况并非完全符合要求，因为您将地址常量转换为整型。因此，我们还需要查看6.6p6，该段落定义了整数常量表达式：

整数常量表达式必须具有整数类型，且仅操作数为整数常量、枚举常量、字符常量、其结果为整数常量的sizeof表达式、_Alignof表达式和是转换操作的直接操作数的浮点常量。 在整数常量表达式中，类型转换操作符应仅将算术类型转换为整数类型，除非作为sizeof或_Alignof操作符的操作数的一部分。

该段落不允许将地址常量强制转换为整型作为整数常量表达式的一部分，但显然这似乎被作为扩展支持。