C++打印指针十六进制可读无符号值g++报错及运行结果异常问题

开发需求为将指针的地址值打印为人类可读的无符号十进制数值，实际编码中遇到两类异常：

• 第一版代码在Mobile C环境可正常运行输出十进制地址，但在Fedora 36系统的g++环境下编译直接报错
• 自行修改后的第二版代码可通过编译，但输出带0x前缀的十六进制地址，且指针自增、自减偏移后，解引用得到不符合预期的异常数值

第一版原始代码（Mobile C可运行，g++编译报错） #

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int i{14},j{20};
    int *pj{&j},*pi{&i};
    
    cout<<endl<<(unsigned)pi;
    cout<<"\t"<<*pi;
    cout<<endl<<(unsigned)pj;
    cout<<"\t"<<*pj;
    
    --pi;
    ++pj;
    
    cout<<endl<<(unsigned)pi;
    cout<<"\t"<<*pi;
    cout<<endl<<(unsigned)pj;
    cout<<"\t"<<*pj;
    
    return 0;
}

Mobile C环境运行输出：

2582956840  14
2582956836  20
2582956836  20
2582956840  14

第二版修改代码（可编译但运行结果异常） #

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    unsigned int i{14},j{20};
    unsigned int *pj{&j},*pi{&i};
    
    cout<<endl<<(unsigned*)pi;
    cout<<"\t"<<*pi;
    cout<<endl<<(unsigned*)pj;
    cout<<"\t"<<*pj;
    
    --pi;
    ++pj;
    
    cout<<endl<<(unsigned*)pi;
    cout<<"\t"<<*pi;
    cout<<endl<<(unsigned*)pj;
    cout<<"\t"<<*pj;
    
    return 0;
}

onlinegdb环境运行输出：

0x7fff539232d0  14
0x7fff539232d4  20
0x7fff539232cc  21863
0x7fff539232d8  1402090200

• 第一版代码g编译报错：64位环境（Fedora 36默认为64位系统）下指针长度为8字节，普通unsigned int长度为4字节，C不允许将指针强制转换为长度不匹配的整型，该写法属于未定义行为，编译器会直接报错。而Mobile C是32位运行环境，指针与unsigned int均为4字节，写法碰巧可以运行，不具备可移植性。
• 第二版代码输出带0x前缀的十六进制值：cout对所有指针类型的默认输出格式就是十六进制带前缀格式，将指针强转为unsigned*本质还是指针类型，自然触发默认指针输出逻辑，不会输出十进制数值。
• 指针偏移后解引用得到异常值：C指针的自增/自减偏移步长为指向类型的大小，int*偏移1次的移动距离为4字节（即一个int的长度）。代码中i、j是两个独立的栈局部变量，C标准不保证栈上独立局部变量的内存地址连续相邻，偏移后的指针已经指向不属于这两个变量的栈内存区域，里面存储的是栈上残留的随机脏数据，解引用本身就是未定义行为，输出任意值都符合预期。Mobile C环境下偏移后刚好输出14、20，只是该环境下编译器凑巧把i和j分配到了连续栈地址，属于环境巧合，不是标准保证的行为。

要跨平台将指针地址打印为无符号十进制数值，必须使用<cstdint>头文件中定义的uintptr_t类型，该类型是专门用于存储指针对应整数值的无符号整型，长度与当前环境下的指针长度完全一致，不会出现长度不匹配的问题。
正确代码如下：

#include <iostream>
#include <cstdint>
using namespace std;

int main()
{
    int i{14},j{20};
    int *pj{&j},*pi{&i};
    
    cout << endl << (uintptr_t)pi;
    cout << "\t" << *pi;
    cout << endl << (uintptr_t)pj;
    cout << "\t" << *pj;
    
    --pi;
    ++pj;
    // 以下两处解引用为野指针访问，属于未定义行为，仅为复现测试逻辑保留，生产代码禁止编写
    cout << endl << (uintptr_t)pi;
    cout << "\t" << *pi;
    cout << endl << (uintptr_t)pj;
    cout << "\t" << *pj;
    
    return 0;
}

• 禁止对指向独立变量的指针随意做偏移解引用操作，只有指针指向连续合法内存（如数组、动态申请的连续内存块）时，在合法范围内的偏移解引用才是标准定义的行为。
• 禁止使用长度不匹配的整型存储指针值，uintptr_t是唯一跨平台安全的指针转整型的目标类型。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者SogaBan