c - 在 C 中转换指针的规则是什么？

Question

K&R 不讨论它，但他们使用它。我尝试通过编写一个示例程序来了解它是如何工作的，但效果并不理想:

#include <stdio.h> 
int bleh (int *); 

int main(){
    char c = '5'; 
    char *d = &c;

    bleh((int *)d); 
    return 0;  
}

int bleh(int *n){
    printf("%d bleh\n", *n); 
    return *n; 
}

它可以编译，但我的 print 语句会吐出垃圾变量(每次我调用程序时它们都不一样)。有任何想法吗？

Answer 1

在考虑指针时，绘制图表会有所帮助。指针是指向内存中地址的箭头，带有指示值类型的标签。地址表示要查找的位置，类型表示要获取的内容。转换指针会更改箭头上的标签，但不会更改箭头指向的位置。

main 中的

d 是指向c 的指针，类型为char。 char 是一个字节的内存，因此当 d 被取消引用时，您将获得该内存字节中的值。在下图中，每个单元格代表一个字节。

-+----+----+----+----+----+----+-
 |    | c  |    |    |    |    | 
-+----+----+----+----+----+----+-
       ^~~~
       | char
       d

当您将 d 转换为 int* 时，您是说 d 确实指向一个 int值(value)。在当今的大多数系统上，int 占用 4 个字节。

-+----+----+----+----+----+----+-
 |    | c  | ?₁ | ?₂ | ?₃ |    | 
-+----+----+----+----+----+----+-
       ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~
       | int
       (int*)d

当您取消引用 (int*)d 时，您会得到一个由这四个内存字节确定的值。您获得的值取决于这些标记为 ? 的单元格中的内容，以及 int 在内存中的表示方式。

PC 是 little-endian ，这意味着 int 的值是这样计算的(假设它跨越 4 个字节): * ((int*)d) == c + ?₁ * 2⁸ + ?₂ * 2¹⁶ + ?₃ * 2²⁴。所以你会看到虽然这个值是垃圾，但如果你以十六进制打印 (printf("%x\n", *n))，最后两位数字将始终是 35(这是字符 '5' 的值)。

其他一些系统是大端的，并且以另一个方向排列字节:* ((int*)d) == c * 2²⁴ + ?₁ * 2¹⁶ + ?₂ * 2⁸ + ?₃。在这些系统上，当以十六进制打印时，您会发现该值总是开始 35。某些系统的 int 大小不同于 4 个字节。极少数系统以不同的方式排列 int，但您极不可能遇到它们。

根据您的编译器和操作系统，您可能会发现每次运行程序时该值都不同，或者它始终相同但即使您对源代码进行微小调整也会发生变化。

在某些系统上，int 值必须存储在 4(或 2，或 8)的倍数的地址中。这称为 alignment要求。根据 c 的地址是否恰好正确对齐，程序可能会崩溃。

与您的程序相反，当您有一个 int 值并获取指向它的指针时，会发生以下情况。

int x = 42;
int *p = &x;

-+----+----+----+----+----+----+-
 |    |         x         |    | 
-+----+----+----+----+----+----+-
       ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~
       | int
       p

指针p 指向一个int 值。箭头上的标签正确描述了内存单元中的内容，因此取消引用时不会出现意外。