铸造真的有什么作用吗？

Question

考虑以下 sn-p：

char x[100];
double *p = &x;

正如预期的那样，这会产生以下警告：

f.c:3:15: warning: initialization of ‘double *’ from incompatible pointer type ‘char (*)[100]’ 
[-Wincompatible-pointer-types]
    3 |   double *p = &x;
      |               ^

这很容易解决，只需更改为

double *p = (double*)&x;

我的问题是，选角真的有什么作用吗？如果没有演员表，代码会无效吗？或者它只是一种让编译器安静的方法？什么时候需要铸造？

我知道你可以像这样使用 sn-ps 产生一些效果：

int x = 666;
int y = (char)x;

但是这和这个不一样吗？

int x = 666;
char c = x;
int y = c;

如果是相同的，那么强制转换会做一些事情，但它不是必要的。对吧？

请帮助我理解这一点。

Answer 1

铸造可以做几个不同的事情。正如其他答案所提到的，它几乎总是会更改被强制转换的值的类型（或者，也许是类型的属性，例如const）。它也可能以某种方式改变数值。但是有很多可能的解释：

• 有时它只是使警告静音，根本不执行“真正的”转换（如在许多指针转换中）。
• 有时它会消除警告，只留下类型更改但不更改值（与其他指针强制转换一样）。
• 有时类型更改，虽然它不涉及明显的值更改，但暗示稍后使用该值的非常不同语义（同样，在许多指针转换中）。
• 有时它会要求进行无意义或不可能的转换。
• 有时它会执行编译器自己会执行的转换（有或没有警告）。
• 但有时它会强制执行编译器不会执行的转换。

此外，有时编译器试图发出的那些警告，即强制转换沉默，是无害的和/或令人讨厌的，但有时它们是非常真实的，并且代码可能会失败（即，作为沉默的警告试图告诉你）。

一些更具体的例子：

改变类型但不改变值的指针转换：

char *p1 = ... ;
const char *p2 = (const char *)p;

还有一个：

unsigned char *p3 = (unsigned char *)p;

以更重要的方式更改类型的指针转​​换，但保证没问题（在某些架构上，这也可能会更改值）：

int i;
int *ip = &i;
char *p = (char *)ip;

一个同样重要的指针转换，但很可能是不好的：

char c;
char *cp = &c;
int *ip = (int *)cp;
*ip = 5;                  /* likely to fail */

一个无意义的指针转换，编译器拒绝执行它，即使是显式转换：

float f = 3.14;
char *p = (char)f;        /* guaranteed to fail */

进行转换的指针转换，但编译器无论如何都会进行转换：

int *p = (int *)malloc(sizeof(int));

（这被认为是个坏主意，因为在您忘记包含 <stdlib.h> 来声明 malloc() 的情况下，演员可以使可能提醒您注意问题的警告静音。）

三个从整数到指针的强制转换，实际上是明确定义的，这是由于 C 语言中的一个 非常 特定的特殊情况：

void *p1 = (void *)0;
char *p2 = (void *)0;
int *p3 = (int *)0;

从整数到指针的两次强制转换不一定有效，尽管编译器通常会做一些显而易见的事情，并且强制转换会使其他警告静音：

int i = 123;
char *p1 = (char *)i;
char *p2 = (char *)124;
*p1 = 5;                  /* very likely to fail, except when */
*p2 = 7;                  /* doing embedded or OS programming */

从指针返回到int 的非常 可疑转换：

char *p = ... ;
int i = (int)p;

从指针返回到应该足够大的整数的问题较少：

char *p = ... ;
uintptr_t i = (uintptr_t)p;

改变类型的转换，但“丢弃”而不是“转换”一个值，并且使警告静音：

(void)5;

进行数字转换的转换，但编译器无论如何都会进行转换：

float f = (float)0;

改变类型和解释值的强制转换，虽然它通常不会改变位模式：

short int si = -32760;
unsigned short us = (unsigned short)si;

进行数字转换的强制转换，但编译器可能会警告：

int i = (int)1.5;

进行编译器不会进行的转换：

double third = (double)1 / 3;

底线是演员肯定会做一些事情：其中一些有用，一些不必要但无害，一些危险。

如今，许多 C 程序员的共识是大多数强制转换是或应该是不必要的，这意味着避免显式强制转换是一个不错的规则，除非您确定自己知道自己在做什么，而且这样做是合理的怀疑你在别人的代码中发现的显式转换，因为它们很可能是麻烦的迹象。

---

作为最后一个例子，在过去，就指针投射而言，这确实让我觉得灯泡亮了：

char *loc;
int val;
int size;

/* ... */

switch(size) {
    case 1: *loc += val; break;
    case 2: *(int16_t *)loc += val; break;
    case 4: *(int32_t *)loc += val; break;
}

loc += val 的这三个实例做了三件完全不同的事情：一个更新一个字节，一个更新一个 16 位整数，一个更新一个 32 位整数。 （有问题的代码是一个动态链接器，执行符号重定位。）

Answer 2

演员至少做了一件事 - 它满足以下分配约束：

6.5.16.1 简单赋值

约束

1    应满足以下条件之一：¹¹²⁾
...
— 左操作数具有原子的、合格的或不合格的指针类型，并且（考虑 左操作数在左值转换后的类型）两个操作数都是 指向兼容类型的合格或不合格版本的指针，以及指向的类型 to by left 具有由 right 指向的类型的所有限定符；

---

^{112) 这些约束相对于类型限定符的不对称外观是由于转换 （在 6.3.2.1 中指定）将左值更改为“表达式的值”，从而删除任何类型 应用于表达式类型类别的限定符（例如，它删除 const 但 不是 int volatile * const 类型的 volatile）。}

这是一个编译时间约束——它影响源代码是否被翻译成可执行文件，但不一定影响翻译后的机器代码。

它可能导致在运行时执行实际转换，但这取决于表达式中涉及的类型和主机系统。

Answer 3

强制转换会改变类型，这在有符号或无符号类型很重要时非常重要，

例如isupper()等字符处理函数为defined as taking an unsigned char value or EOF：

标题<ctype.h> 声明了几个对字符分类和映射有用的函数。在所有情况下，参数都是一个 int，其值应表示为无符号字符或应等于宏 EOF 的值。如果参数有任何其他值，则行为未定义。

这样的代码如

int isNumber( const char *input )
{
    while ( *input )
    {
        if ( !isdigit( *input ) )
        {
             return( 0 );
        }
        input++;
    }
    // all digits
    return( 1 );
}

应该正确地将*input的const char 值转换为unsigned char：

int isNumber( const char *input )
{
    while ( *input )
    {
        if ( !isdigit( ( unsigned char ) *input ) )
        {
             return( 0 );
        }
        input++;
    }
    // all digits
    return( 1 );
}

如果不强制转换为unsigned char，当*input 提升为int 时，一个负数的char 值（假设char 是有符号的并且小于int）将被符号扩展为一个负值，不能表示为unsigned char 值，因此会调用未定义的行为。

所以是的，这种情况下的演员表做了一些事情。它会更改类型，因此 - 在几乎所有当前系统上 - 避免输入 char 为负值的未定义行为。

在某些情况下，float 值可以强制转换为 double（或相反）以强制代码以所需的方式运行。*

* - 我最近看到过这样的案例 - 如果有人可以找到示例，请随时添加您自己的答案...

Answer 4

强制转换可能会也可能不会改变实际的二进制值。但这不是它的主要目的，只是一个副作用。

它告诉编译器将一个值解释为不同类型的值。二进制值的任何变化都是其副作用。

你（程序员）应该让编译器知道：我知道我在做什么。因此，您可以在编译器不询问您的情况下对自己开枪。

不要误会我的意思，在现实世界的代码中强制转换是绝对必要的，但必须小心谨慎地使用它们。切勿仅仅为了摆脱警告而施放，确保您了解后果。

Answer 5

理论上，系统可能对void * 和char * 使用与其他指针类型不同的表示。可能存在通常使用窄宽度寄存器来保存指针值的系统。但是，如果代码需要处理每个字节，那么窄的宽度可能不够，因此void * 或char * 将使用更宽的表示。

转换指针值很有用的一种情况是函数采用可变数量的指针参数，并以 NULL 终止，例如 execl() 系列函数。

execl("/bin/sh", "sh", "-c", "echo Hello world!", (char *)NULL);

没有强制转换，NULL 可能会扩展为 0，这将被视为 int 参数。当execl() 函数检索最后一个参数时，它可能会错误地提取预期的指针值，因为传递了int 值。

Answer 6

我的问题是，选角真的有什么作用吗？

是的。它告诉编译器，以及其他程序员，包括未来的你，你认为你知道你在做什么，你真的打算把 char 当作 @ 987654322@ 或其他。它可能会也可能不会改变编译后的代码。

如果没有演员，代码会无效吗？

这取决于所讨论的演员阵容。一个让我想起的例子涉及除法：

int a = 3;
int b = 5;
float c = a / b;

关于这类事情的问题一直出现在 SO 上：人们想知道为什么 c 的值为 0。答案当然是 a 和 b 都是 int，并且整数除法的结果也是一个整数，仅在分配给c 时才转换为float。要在 c 中获得 0.6 的预期值，请将 a 或 b 转换为 float：

float c = a / (float)b;

您可能不认为没有强制转换的代码是无效，但下一个计算可能涉及除以c，此时如果没有上述强制转换，可能会发生除以零错误。

或者它只是让编译器安静的一种方式？

即使在更改编译代码方面强制转换是无操作的，防止编译器抱怨类型不匹配也在做一些事情。

什么时候需要强制转换？

当它改变编译器生成的目标代码时，它是必要的。如果您的组织的编码标准需要，它也可能是必要的。

Answer 7

演员表有所作为的例子。

int main(void)
{
    unsigned long long x = 1 << 33,y = (unsigned long long)1 << 33;

    printf("%llx, %llx\n", x, y);
}

https://godbolt.org/z/b3qcPn

Answer 8

强制转换只是一种类型转换：实现将通过目标类型表示参数值。新类型的表达式（假设目标类型不同）可能有

• 不同的尺寸
• 不同的值
• 和/或表示该值的不同位模式。

这三个变化是相互正交的。任何子集，包括没有子集和所有子集，都可能出现（所有示例都假定二进制补码）：

• 没有一个：(unsigned int)1;
• 仅尺寸：(char)1
• 仅值：(unsigned int)-1
• 仅位模式：(float)1（我的机器有 sizeof(int) == sizeof(float)）
• 大小和值，但不是位模式（原始值中存在的位）：(unsigned int)(char)-4
• 大小和位模式，但不是值：(float)1l
• 值和位模式，但不是大小：(float)1234567890)（32 位整数和浮点数）
• 全部：(float)1234567890l（long 为 64 位）。

当然，新类型可能会影响使用它的表达式，并且通常会有不同的文本表示（例如通过 printf），但这并不奇怪。

指针转换可能值得进一步讨论：新指针通常具有相同的值、大小和位表示（尽管正如 Eric Postpischli 正确指出的那样，理论上可能不会）。指针转换的主要意图和效果不是改变指针；就是改变通过它访问的内存的语义。

在某些情况下，强制转换是执行转换的唯一方法（不兼容的指针类型，指针与整数）。

在其他情况下，例如缩小算术转换（可能会丢失信息或产生溢出），强制转换表示意图，从而使警告静音。在所有可以隐式执行转换的情况下，强制转换不会改变程序的行为——它是可选的装饰。