Кодировать дополнительную информацию в указателе

Это сильно зависит от используемой архитектуры, ОС и компилятора, но если вы знаете эти вещи, вы можете кое-что с этим сделать.

x86_64 определяет 48-битное ¹ байтовое виртуальное адресное пространство в аппаратном обеспечении, что означает, что практически все операционные системы и компиляторы будут использовать его. Что это значит:

• верхние 17 бит всех действительных адресов должны быть одинаковыми (все 0 или все 1)
• младшие k биты любого 2^k-байтового адреса, выровненного по байтам, должны быть равны нулю
• кроме того, почти все операционные системы (по крайней мере, Windows, Linux и OSX) резервируют адреса с установленными старшими битами в качестве адресов ядра — все пользовательские адреса должны иметь старшие 17 бит, все 0

Таким образом, это дает вам множество способов упаковать действительный указатель менее чем в 64 бита, а затем восстановить исходный указатель с помощью инструкций сдвига и/или маски.

Если вам нужно только 3 бита и вы всегда используете указатели с выравниванием по 8 байтам, вы можете использовать нижние 3 бита для кодирования дополнительной информации и маскировать их перед использованием указателя.

Если вам нужно больше битов, вы можете сдвинуть указатель вверх (влево) на 16 бит и использовать эти младшие 16 бит для информации. Чтобы восстановить указатель, просто сдвиньте вправо на 16.

Чтобы выполнять операции сдвига и маскирования указателей, вам нужно привести их к intptr_t или int64_t (они будут одного типа в любой 64-битной реализации C или C++).

¹_{Есть некоторые намеки на то, что скоро может появиться аппаратное обеспечение, которое расширяет это до 56 бит, поэтому только 9 старших бит должны быть 0 или 1, но пройдет некоторое время, прежде чем какая-либо ОС будет поддерживать это}