提问人：alessio solari 提问时间：7/25/2023 最后编辑：chqrliealessio solari 更新时间：7/26/2023 访问量：125
将 C 指针强制转换为其他类型时要记住的规则
Rules to keep in mind when casting a C pointer to a different type
问：
我已经使用 C 指针一段时间了，一切都按预期工作。但是，现在我遇到了 ISO 标准，该标准说“如果生成的指针未正确对齐指向类型，则行为未定义”。
这让我不禁要问自己：
这是什么意思？
我们如何安全地将指针投射到其他类型？
我发现这个 C 代码示例据说是不正确的，因为它与更严格对齐的指针类型有关：
int main() {
char c = 'x';
int *ip = (int *)&c;
char *cp = (char *)ip;
return 0;
}
- 更严格对齐的指针类型是什么意思？
答：
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Eric Postpischil
7/26/2023
#1
- 更严格对齐的指针类型是什么意思？
C 2018 6.2.8 5说道：
对齐方式的顺序是从较弱到较强或更严格的对齐方式。更严格的对齐方式具有较大的对齐方式值。满足对齐要求的地址也满足任何较弱的有效对齐要求。
如果您没有“对齐”的规范，C 2018 6.2.8 1 说：
完整的对象类型具有对齐要求，这些要求对可以分配该类型对象的地址施加了限制。对齐方式是实现定义的整数值，表示可以分配给定对象的连续地址之间的字节数...
实际上，这意味着具有对齐要求 A 的对象必须从地址 A 的倍数开始。
- 这是什么意思？
考虑一些值为 P 的指针。也就是说，P 是指针指向的地址。出于这个答案的目的，我们将 P 视为内存空间中的完全解析地址。（实际指针可以用对各种基址或段的引用来表示，也可以用这些基址或段开头的偏移量来表示。当指针转换为指向其他对象类型的指针时，新对象类型具有一些对齐要求 A。如果 P 是 A 的倍数，则 P 与对象类型正确对齐，并且转换会生成一些新的有效指针。（由于 C 中的其他规则，它不一定是可用于访问新类型对象的指针。如果 P 不是 A 的倍数，则 C 标准不定义程序的行为。转换可能不会生成有效的指针，可能会生成调整为正确对齐的指针，程序可能会中止，或者程序的行为方式可能出乎您的意料。
- 我们如何安全地将指针投射到其他类型？
仅当您知道源指针与目标类型正确对齐时，才将指针转换为指向新对象类型的指针。
鉴于 转换为 通常不安全，因为 a 可以被赋予任何起始地址，但在现代 C 实现中通常有四个字节的对齐要求，即使在旧的 C 实现中也至少需要两个字节。因此，存在不合适对齐的危险。char c;&cint *charint&cint
类型的对齐要求因 C 实现而异。如果指针指向对齐类型与新类型一样严格或更严格的对象，则您知道可以安全地转换该对象。否则，C 实现可能会提供测试对齐的方法。通常，转换为 a 会提供地址的表示形式，可以测试该地址以查看它是否是所需对齐方式的倍数。一个类型的对齐要求可以通过计算来获得。uintptr_t_Alignof(type-name)
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Barmar
7/26/2023
如果您解释示例代码如何具体违反对齐规则（对齐方式为 1，通常对齐方式为 4 或 8），因此您可以强制转换为 ，但反之亦然，这将很有帮助。char*int*int*char*
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alessio solari
7/26/2023
Eric Postipischil，我得出的结论是，始终 100% 安全的转换是从指向 T 类型对象的指针到 void*。我们保证，当我们回到T时，我们不会有不好的惊喜。你同意吗？
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Eric Postpischil
7/26/2023
@alessiosolari：是的，将指向对象类型的指针与同一对象类型相互转换是安全的。的对齐要求是最小值，即 1 个字节，并且对于转换回来，已知指针满足目标类型的对齐要求，因为它源自该类型。void *void
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chux - Reinstate Monica
7/26/2023
#2
我们如何安全地将指针投射到其他类型？
除了其他答案中涵盖的方面外......
警惕在对象指针之间进行转换，例如 、 、 ...和函数指针行。void *int *unsigned char *int (*p)()
函数指针可能比所有对象指针更宽（或很少更少）。因此，像 这样的代码可能会丢失重要信息。void *p = main
通常，在明确限制之前，请避免将函数指针转换为对象指针 - 即使如此，也请考虑其他方法。
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John Bollinger
7/26/2023
#3
Erik 已经彻底涵盖了问题 （1） “它是什么意思？”和问题 （3） “更严格对齐的指针类型是什么意思？”。
至于。。。
- 我们如何安全地将指针投射到其他类型？
埃里克基本上说，如果，从任何类型转换为任何类型都是安全的，这是绝对正确的，也是最一般和最全面的答案。但是，您似乎正在寻找一些实用的规则，显式检查对齐要求在运行时并没有真正有用，如果在开发过程中完成，则会产生特定于实现的结果。您可能会发现这些规则更实用：T *U *alignof(U) <= alignof(T)
安全
- 从任何对象指针类型强制转换为
void * - 从任何对象指针类型强制转换为 ，或者
char *signed char *unsigned char * - 在指向类型的指针之间强制转换，这些类型仅在符号和/或类型限定符上有所不同。
- 从指向结构类型的指针转换为指向结构的第一个成员类型的指针
- 从指向联合类型的指针转换为指向联合的任何成员类型的指针
- 从指向数组类型的指针转换为指向数组元素类型的指针，反之亦然
- 如果可以通过一个或多个安全的中间转换安全地从 to 转换为类型，则直接从类型转换为类型。
T *U *T *U * - 在任意两种函数指针类型之间强制转换
- 给定通过一系列指针转换获得的指针值，这些指针转换中的任何一个都不调用未定义的行为，无论其安全性是否可事先证明，都要转换回原始类型或任何中间类型。
pp
请注意，指针转换的安全性仅与转换本身有关。取消引用由安全（在我们正在讨论的意义上）转换生成的指针，或者对于函数指针，通过转换后的指针调用指向的函数不一定安全。
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int *ip = (int *)&c;可以访问未由 定义的内存。char cintchar