C++内存管理：其五、指针类型转换与嵌入式指针

一、内存池的缺陷

作者在上一版本里面介绍了链表实现内存池，其中有一个小缺陷：虽然较少了cookie的内存损耗，但是加入了一个额外的指针，仍然需要占用内存。我们仔细看内存池的设计思想，可以发现一个关键点：
对于一个内存切片，如果放置在freeList中，才会使用指针。如果被用于构造对象，则这个指针毫无用处。
于是可以想到，可以将一块内存区域，即作为指针使用，又用于构造对象。
方案一：共同体，这个东西过于古早了，不过多解释。
方案二：嵌入式指针。

二、指针类型转换

想要把嵌入式指针讲清楚，先要把指针类型转换讲清楚。
在C++里面，64位操作系统下，所有指针都是八字节，表示一个地址。那么为什么指定指针的类型呢？编译器根据指针定位到这个内存地址之后，根据指针类型去解析这个数据。举个例子，假如是一个int类型的指针，定位到这个地址之后，扫描后面的四个字节，去解析这32位二进制代表的int数字是多少。
说一个看起来违背常识的事情，指针之间转换，基本是不被编译器报错的！！但是有可能解析出来一大堆稀奇古怪的东西，所以最好不要这样做。也就是说，给编译器一个地址和数据类型，编译器就可以解析，至于解析出来的是什么东西，由程序员负责
看代码：

#include 
using namespace std;

class Test
{
public:
    int m_i;
    int m_j;
};

class A{
public:
    int a;
};

int main()
{
    Test t ;
    t.m_i=1000;
    t.m_j=2;
    A *a=(A*)&t;
    cout<<a->a<<endl;
    cout<<t.m_j;
}
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输出结果：

1000
2
1
2

说明一点：
（1）Test类的字节数大于A类，将Test指针强转为A类型指针后，相当于使用前面的地址，后面的地址也不会被抛弃，只是当前不用。
（2）不考虑cookie的情况下，a->a相当于解析t的前四位字节，恰好前四位也是int类型，就可以解析出来t.m_i对应的值。

这是大结构体的指针转换为指向小结构体的指针，如果反之会怎么样？
看代码：

#include 
using namespace std;

class Test
{
public:
    int m_i;
    int m_j;
};

class A{
public:
    int a;
};

int main()
{
    A a;
    a.a =666;
    Test * t = (Test *)&a;
    cout<<t->m_i<<endl;
    cout<<t->m_j;
}
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运行结果：

666
-2120222908
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2

第一个成员变量可以正常输出，但是对于第二个成员变量拿到了垃圾数值。但是编译器没有限制这个行为，编译正常，也可以正常退出。

三、嵌入式指针

嵌入式指针的核心思想：在这个结构体不用于存储数据的时候，将前八个字节强转为指针，将多个结构体按照链表进行管理。看代码：

#include 
using namespace std;

class Test
{
public:
    int m_i;
    int m_j;
    struct Obj  // 相当于在类中定义了一个结构体
    {
        struct Obj* pNext;   // 这个pNext是一个嵌入式指针，64位系统下占了八个字节
    };
};

int main()
{
    Test test1;
    cout << "Test size is "<<sizeof(test1) << endl;
    Test::Obj* pTemp;
    pTemp = (Test::Obj*)&test1;   //类型强转，pTemp实际上指向test1的前两八个字节

    Test test2;
    pTemp->pNext = (Test::Obj*)&test2;  //操作以此类推

    Test test3;
    ((Test::Obj*)&test2)->pNext = (Test::Obj*)&test3;

    ((Test::Obj*)&test3)->pNext = nullptr;

}
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注意要点：
（1）struct Obj 定义在Test类里面，但是只是定义，没有创建对象，不会占用空间，所以Test对象的大小是八个字节。

（2）嵌入式指针的一个重要原则：使用嵌入式指针的类的size必须大于指针大小，不然强转会有问题。

（3）示例代码来自侯捷老师的课程，实际上struct Obj 大可不必定义在Test类里面，定义在外面也是可行的。但是考虑到这个struct Obj 只被Test使用，定义在Test中比较规格。