Question

我刚刚开始围绕C语言中的函数指针。要了解函数指针的转换是如何工作的，我编写了以下程序。它基本上创建了一个函数指针，该函数指向一个带有一个参数的函数，将它转换为带有三个参数的函数指针，并调用该函数，提供三个参数。我很好奇会发生什么：

#include <stdio.h>

int square(int val){
  return val*val;
}

void printit(void* ptr){
  int (*fptr)(int,int,int) = (int (*)(int,int,int)) (ptr);
  printf("Call function with parameters 2,4,8.\n");
  printf("Result: %d\n", fptr(2,4,8));
}


int main(void)
{
    printit(square);
    return 0;
}

编译并运行时没有错误或警告（在Linux / x86上使用gcc -Wall）。我系统的输出是：

Call function with parameters 2,4,8.
Result: 4

显然，多余的论点都被默默地抛弃了。

现在我想了解这里发生了什么。

至于合法性：如果我正确理解Casting a function pointer to another type的答案，这只是未定义的行为。因此，运行并产生合理结果的事实只是纯粹的运气，对吗？（或编译器编写者的好处）
为什么gcc不会警告我这个，即使是Wall？这是编译器无法检测到的东西吗？为什么？

我来自Java，那里的类型检查要严格得多，所以这种行为让我有点困惑。也许我正在经历文化冲击： - ）。

Answer 1

不会丢弃额外参数。它们被正确放置在堆栈上，就像调用需要三个参数的函数一样。但是，由于您的函数仅关注一个参数，因此它仅查看堆栈的顶部，并且不会触及其他参数。

根据以下两个事实，这个呼叫有效的事实是纯粹的运气：

第一个参数的类型对于函数和转换指针是相同的。如果更改函数以获取指向字符串的指针并尝试打印该字符串，则会发生很好的崩溃，因为代码将尝试取消引用指向内存2的指针。
默认使用的调用约定是调用者清理堆栈。如果更改调用约定，以便被调用者清理堆栈，最终调用者会在堆栈上推送三个参数，然后被调用者清理（或者更确切地说）尝试一个参数。这可能会导致堆栈损坏。

编译器无法通过一个简单的原因警告您这样的潜在问题 - 在一般情况下，它在编译时不知道指针的值，因此它无法评估它指向的内容。想象一下，函数指针指向在运行时创建的类虚拟表中的方法？所以，你告诉编译器它是一个指向具有三个参数的函数的指针，编译器会相信你。

Answer 2

如果你把汽车扔成锤子，编译器会告诉你汽车是锤子但你不会把汽车变成锤子。编译器可能成功地使用汽车来驱动钉子，但这是依赖于实现的好运。这仍然是一件不明智的事情。

Answer 3

是的，它是未定义的行为 - 任何事情都可能发生，包括它似乎“工作”。
强制转换会阻止编译器发出警告。此外，编译器不要求诊断可能的原因未定义的行为。这样做的原因是要么不可能这样做，要么这样做会太困难和/或导致很多开销。

Answer 4

你的演员阵容中最糟糕的进攻是将数据指针强制转换为函数指针。它比签名更改更糟糕，因为无法保证函数指针和数据指针的大小相等。与许多理论未定义的行为相反，即使在高级机器上（不仅仅是在嵌入式系统上），也可以在野外遇到这种行为。

您可能会在嵌入式平台上轻松遇到不同大小的指针。甚至有一些处理器，其中数据指针和函数指针可以处理不同的事物（一个是RAM，另一个是ROM），即所谓的哈佛架构。在实模式的x86上，您可以混合使用16位和32位。 Watcom-C有一个DOS扩展器的特殊模式，数据指针是48位宽。特别是对于C，应该知道并非所有东西都是POSIX，因为C可能是异国硬件上唯一可用的语言。

某些编译器允许混合内存模型，其中代码保证在32位大小内，数据可通过64位指针寻址，或者相反。

编辑：结论，永远不会将数据指针强制转换为函数指针。

Answer 5

行为由调用约定定义。如果您使用调用者推送和弹出堆栈的调用约定，那么在这种情况下它将正常工作，因为它只是意味着在调用期间堆栈上有额外的几个字节。我目前没有gcc方便，但是使用microsoft编译器，这段代码：

int ( __cdecl * fptr)(int,int,int) = (int (__cdecl * ) (int,int,int)) (ptr);

为呼叫生成以下程序集：

push        8
push        4
push        2
call        dword ptr [ebp-4]
add         esp,0Ch

注意调用后添加到堆栈的12个字节（0Ch）。在此之后，堆栈很好（假设在这种情况下被调用者是__cdecl，所以它不会尝试也清理堆栈）。但是使用以下代码：

int ( __stdcall * fptr)(int,int,int) = (int (__stdcall * ) (int,int,int)) (ptr);

程序集中未生成add esp,0Ch。如果在这种情况下被调用者是__cdecl，则堆栈将被破坏。

Answer 6

我肯定不确定，但如果运气或，如果它是特定于编译器的话，你肯定不想利用这种行为。
它不值得警告，因为演员表是明确的。通过强制转换，您可以通知编译器您更了解。特别是，你正在构建一个void*，因此你说“取这个指针所代表的地址，并使其与其他指针相同” - 演员只是告诉编译器你确定目标地址的内容实际上是相同的。虽然在这里，我们知道这是不正确的。

Answer 7

我应该在某些时候刷新我对C调用约定的二进制布局的记忆，但我很确定这就是发生的事情：

1：这不是纯粹的运气。 C调用约定是明确定义的，堆栈上的额外数据不是调用站点的一个因素，尽管被调用者可能会覆盖它，因为被调用者不知道它。
2：使用括号进行“硬”演员表示告诉编译器你知道自己在做什么。由于所有需要的数据都在一个编译单元中，编译器可能足够聪明，可以发现这显然是非法的，但C的设计人员并没有专注于捕获角落案例可验证的错误。简而言之，编译器相信你知道自己在做什么（在许多C / C ++程序员的情况下可能不明智！）

Answer 8

回答你的问题：

纯粹的运气 - 您可以轻松践踏堆栈并覆盖指向下一个执行代码的返回指针。由于您使用3个参数指定了函数指针，并调用了函数指针，因此剩余的两个参数被“丢弃”，因此行为未定义。想象一下，如果第二个或第三个参数包含二进制指令，并弹出调用过程堆栈....
当您使用void *指针并进行投射时，没有任何警告。即使您已明确指定-Wall切换，这在编译器眼中也是非常合法的代码。 编译器假设您知道自己在做什么！这是秘密。

希望这有帮助，最好的祝福，汤姆。

如果我转换函数指针，更改参数的数量会发生什么

8 个答案: