Question

我知道指向一种类型的指针可能会被转换为另一种类型的指针。我有三个问题：

在指点指针时应该记住什么？
结果指针可能会出现什么异常/错误？
避免异常/错误的最佳做法是什么？

Answer 1

编写良好的程序通常不会使用很多指针类型转换。例如，可能需要为 malloc 使用ptr类型转换（声明为(void *)malloc(...)），但在C中甚至不需要（虽然有些编译器可能会抱怨）。

  int *p = malloc(sizeof(int)); // no need of (int *)malloc(...)

但是在系统应用程序中，有时您希望使用技巧来执行二进制或特定操作 - 而C（一种接近机器结构的语言）很方便。例如，你想要分析 double 的二进制结构（遵循IEEE 754实现），使用二进制元素更简单，你可以声明

  typedef unsigned char byte;
  double d = 0.9;
  byte *p = (byte *)&d;
  int i;
  for (i=0 ; i<sizeof(double) ; i++) { ... work with b ... }

您也可以使用 union ，这是一个例子。

更复杂的利用可能是C++ polymorphism的模拟，需要在某处存储“类”（结构）层次结构以记住什么是什么，并执行指针类型转换以具有例如父级“class”指针变量指向派生类的某个时间（也参见C ++链接）

  CRectangle rect;
  CPolygon *p = (CPolygon *)&rect;
  p->whatami = POLY_RECTANGLE; // a way to simulate polymorphism ...
  process_poly ( p );

但在这种情况下，也许直接使用C ++会更好！

在开发开始之前，指针类型转换将小心用于确定的情况，这些情况是程序分析的一部分。

指针类型潜在危险

在没有必要时使用它们 - 这容易出错并使程序复杂化
指向可能导致访问溢出的错误结果的不同大小的对象......
指向两个不同结构的指针，例如s1 *p = (s1 *)&s2;：依赖于它们的大小和对齐可能会导致错误

（但公平地说，熟练的C程序员不会犯上述错误......）

最佳做法

只有在你需要它们的时候才使用它们，并且很好地评论该部分以解释为什么有必要
知道你在做什么 - 再次熟练的程序员可能会毫不犹豫地使用大量的指针类型转换，即不要试图看，它可能在这样的系统/版本/操作系统上工作，并且可能无法在另一个上工作

Answer 2

在普通C中，您可以将任何指针类型转换为任何其他指针类型。如果您将指针转换为不兼容的类型，或者错误地写入内存，则可能会从应用程序中获得分段错误或意外结果。

以下是构建结构指针的示例代码：

struct Entity { 
  int type;
}

struct DetailedEntity1 {
  int type;
  short val1;
}

struct DetailedEntity2 {
  int type;
  long val;
  long val2;
}

// random code:
struct Entity* ent = (struct Entity*)ptr;

//bad:
struct DetailedEntity1* ent1 = (struct DetailedEntity1*)ent;
int a = ent->val; // may be an error here, invalid read
ent->val = 117; // possible invali write

//OK:
if (ent->type == DETAILED_ENTITY_1) {
  ((struct DetailedEntity1*)ent)->val1;
} else if (ent->type == DETAILED_ENTITY_2) {
  ((struct DetailedEntity2*)ent)->val2;
}

对于函数指针 - 你应该总是使用完全符合声明的函数。否则，您可能会收到意外结果或段错误。

当从指针转换为指针（结构与否）时，必须以完全相同的方式确保内存为aligned。在构建整个结构时，最好的方法是确保它在开始时使用相同变量的相同顺序，并仅在“公共标题”之后区分结构。还要记住，内存对齐可能因机器而异，因此您不能将结构指针作为字节数组发送并将其作为字节数组接收。您可能会遇到意外行为甚至是段错误。

当构建较小到较大的变量指针时，您必须非常小心。请考虑以下代码：

char* ptr = malloc (16);
ptr++;
uint64_t* uintPtr = ptr; // may cause an error, memory is not properly aligned

而且，您应遵循strict aliasing规则。

Answer 3

您可能需要查看由Steve Summit维护的 the C-faq （过去曾在新闻组中发布，这意味着它已被很多人阅读和更新当时最好的程序员，有时候是语言本身的概念。

还有一个 abridged version ，这可能更适合，但仍非常，非常，非常非常有用。如果你使用C语言，我认为阅读整个被删节是强制性的。

在C中对指针进行类型转换

3 个答案: