void 指针伪装成 void 双指针

Question

我一直在思考。我还没有找到任何直接回答这个问题的东西，但我想我知道答案；我只是想从一些更有经验的人那里得到一些意见。

已知：

一个空指针只指向一个内存地址。它不包含类型信息。

一个 int 指针指向一个包含 int 的内存地址。它将读取内存地址中指向整数的任何内容，而不管最初填充到地址中的内容。

问题：

如果一个 void 双指针 void ** foo 指向一个动态分配的 void 指针数组

void ** foo = malloc(sizeof(void *) * NUM_ELEMENTS);

这是真的吗，正如我所假设的那样，由于 void 指针的独特性质实际上缺乏任何类型的信息，而不是 void ** foo 一个等效的语句将是

void * bar = malloc(sizeof(void *) * NUM_ELEMENTS);

当我通过分配特定类型来使用间接访问时，例如 with

（有人指出我不能取消引用 void 指针。为了清楚问题的目的，下一行更改为适合该信息）

int ** fubar = bar;

我会从 single void 指针中得到一个适当的指针，它只是 acting 就像一个 double 指针？

还是这一切都在我的脑海中？

Answer 1

在 C 标准下，您给出的代码的行为是未定义的，因为您分配了一个 void 指针数组，然后尝试将其用作 int 指针数组。标准中没有任何内容要求这两种指针具有相同的大小或对齐方式。现在如果你说

void * bar = malloc(sizeof(int*) * NUM_ELEMENTS);
int ** fubar = bar;

那么一切都会好起来的。

现在在绝大多数机器上，int* 和 void* 实际上具有相同的大小和对齐方式。所以你的代码在实践中应该可以正常工作。

另外，这两者是不等价的：

void ** foo = malloc(sizeof(void *) * NUM_ELEMENTS);
void * bar = malloc(sizeof(void *) * NUM_ELEMENTS);

这是因为foo 可以在任何元素处取消引用以获得空指针，而bar 不能。例如，这个程序是正确的，在我的 32 位机器上打印 00000000：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) 
{
  void **a = calloc(10, sizeof(void*));
  printf("%p\n", a[0]);
  return 0;
}

另外一点是，您似乎认为类型信息在机器级别的指针中是明确的。这是不正确的（至少对于绝大多数实现而言）。 C 指针的类型通常只在程序编译时表示。到编译完成时，显式类型信息通常会丢失，除非在调试符号表中，这些符号表不是可运行的代码。 （这也有一些小的例外。对于 C++，情况就大不相同了。）

Answer 2

允许将malloc 的结果分配给void * 对象，然后再将其分配给int ** 对象。这是因为malloc 的返回值无论如何都具有void * 类型，并且保证适合将指针分配给具有基本对齐要求的任何类型的对象。

但是，这段代码：

#define NUM_ELEMENTS 1000
void *bar = malloc(sizeof(void *) * NUM_ELEMENTS);
int **fubar = bar;
*fubar = 0;

C 标准不保证工作；它可能有未定义的行为。原因并不明显。 C 标准不要求不同类型的指针具有相同的大小。 C 实现可以将int * 的大小设置为一百万字节，将void * 的大小设置为四个字节。在这种情况下，分配给 1000 个void * 的空间不足以容纳一个int *，因此分配给*fubar 的行为未定义。通常，人们会以这种方式实现 C，只是为了证明一个观点。但是，在较小的范围内也可能出现类似的错误：在 C 实现中，不同类型的指针具有不同的大小。

如果指针具有适合目标类型的对齐方式，则指向对象类型的指针可以转换为指向另一个对象类型的指针。如果是这样，则将其转换回来会产生一个具有原始值的指针。因此，您可以将指向void * 的指针转换为指向void 的指针并返回，并且您可以将指向void * 的指针转换为指向int * 的指针并返回，前提是对齐是合适的（如果指针由malloc 返回，并且您没有使用具有扩展对齐方式的自定义对象。

通常，您不能使用指向对象类型的指针写入，然后使用指向不同对象类型的指针读取相同的字节。这违反了别名规则。一个例外是，如果其中一个指针指向字符类型。此外，许多 C 实现确实支持这种别名，但可能需要设置命令行选项才能启用这种支持。

这种对别名的禁止包括重新解释指针。考虑这段代码：

int a;
int *b = &a;
void **c = (void **) &b;
void *d = *c;
int *e = (int *) d;

在第四行，c 指向b 占用的字节，但*c 试图将这些字节解释为void *。这不能保证有效，因此d 获得的值不一定是指向a 的指针，即使它如最后一行那样转换为int *。