Question

假设我有一些结构定义如下：

struct foo { int a; };
struct bar { struct foo r; int b; };
struct baz { struct bar z; int c; };

C标准是否保证以下代码严格符合？

struct baz x;
struct foo *p = (void *)&x;
assert(p == &x.z.r);

^{这个结构的动机是提供一致的编程习惯用法，用于转换为已知兼容的指针类型。}

现在，这就是C关于结构及其初始成员如何可转换的说法：

在结构对象中，非位字段成员和位字段所在的单元具有按声明顺序增加的地址。指向适当转换的结构对象的指针指向其初始成员（或者如果该成员是位字段，则指向它所在的单元），反之亦然。结构对象中可能有未命名的填充，但不是在其开头 _{C.11§6.7.2.1¶15}

这就是关于void指针转换的说法：

指向 void 的指针可以转换为指向任何对象类型的指针。指向任何对象类型的指针可以转换为指向 void 的指针，然后再返回;结果应该等于原始指针 _{C.11§6.3.2.3¶1}

这就是关于在对象指针类型之间进行转换的说法：

指向对象类型的指针可以转换为指向不同对象类型的指针。如果结果指针未正确对齐引用类型^68），则行为未定义。否则，当再次转换回来时，结果应该等于原始指针。

  ^{68）一般来说，“正确对齐”的概念是可传递的：如果指向类型A的指针正确对齐
  指向类型B的指针，它又为指向C类型的指针正确对齐，然后指向类型A的指针正确对齐指向类型C的指针。}
  _{C.11§6.3.2.3¶7}

我从上面的理解是，通过void *转换将对象指针转换为不同类型的对象指针是完全正确的。但是，我得到的评论表明不是这样。

Answer 1

你的榜样严格遵守。

§6.7.2.1¶15中的2 ^nd句子（指向a的指针结构对象，适当转换，指向其初始成员......反之亦然。）保证以下等式：

(sruct bar *) &x == &(x.z)
(struct foo *) &(x.z) == &(x.z.r)

当你在struct的开头时，不会出现填充，我对标准的理解是struct及其第一个元素的地址是相同的。

所以struct foo *p = (void *) &x;是正确的struct foo *p = (struct foo *) &x;

在该特定情况下，根据§6.7.2.1¶15保证对齐是正确的。它始终允许通过void *传递，但没有必要，因为§6.3.2.3¶7允许指向不同对象的指针之间的转换，只要没有对齐问题

应该注意§6.2.3.2¶7也说：当指向对象的指针转换为指向字符类型的指针时，结果指向对象的最低寻址字节，这意味着所有这些指针实际上指向x.r.z.a的最低寻址字节。所以你也可以通过指针传递给char，因为我们也有：

(char *) &x == (char *) &(x.z) == (char *) &(x.z.r) == (char *) &(x.z.r.a)

Answer 2

要完成分析，有必要查看定义指针相等性的定义：

...如果一个操作数是指向对象类型的指针而另一个是指向 void 的限定或非限定版本的指针，则前者转换为后者。

两个指针比较相等，当且仅当两个都是空指针时，两者都是指向同一对象的指针（包括指向对象的指针和在其开头的子对象）或函数，两者都指向超过最后一个元素的指针。相同的数组对象，或者一个是指向一个数组对象末尾的指针，另一个是指向不同数组对象的开头的指针，该数组对象恰好跟随地址空间中的第一个数组对象。
  _{C.11§6.5.9¶5-6}

所以，这是一个定义明确的论点：

(void *)&x == (void *)&x.z ^{§6.7.2.1¶15，§6.5.9¶5-6}
(void *)&x.z == &x.z.r ^{§6.7.2.1¶15，§6.5.9¶5-6}
(void *)&x == &x.z.r ^传递平等
(struct foo *)(void *)&x == (void *)&x ^{§6.3.2.3¶1，§6.5.9¶5-6}
(struct foo *)(void *)&x == &x.z.r ^传递平等

上面的最后一步是初始化p的本质和问题中代码的断言。

Answer 3

恕我直言，除了对标准的严格解释会产生疑问之外，内存中对象的分配在同一编译器上遵循相同的规则：提供适合任何类型变量的地址。 因为每个结构都以其传递属性的第一个变量开头，所以结构本身将与适合任何变量的地址对齐。后者使人怀疑不同结构具有不同的地址，转换之间无法进行修改，因为地址定义遵循相同的规则。这当然不适用于以下结构字段，这些结构字段可能不符合以下字段的对齐要求。 如果您对结构的第一个元素进行操作，则保证与结构本身的第一个字段相同。

现在看一下最常见的软件之一：the Independent JPEG group JPEGlib。在许多处理器和机器上编译的整个软件使用的技术类似于C ++管理传递结构，它始终是相同的，但在调用之间存在许多其他的，不同的子结构和字段。

此代码可编译并运行从玩具到PC到平板电脑等任何东西......

Answer 4

是的，就语言标准而言，您的示例严格遵守，因此完全合法。这主要来自您提供的2个引号（重要的是突出显示）。第一个：

指向void的指针可以转换为指向任何对象类型的指针。

这意味着在代码中的赋值中，我们有一个从struct baz指向void指针的成功转换，然后，由于两个指针都是相等对齐的事实，成功地从void指针转换为struct。如果情况并非如此，由于您不遵守您提供的6.3.2.3，我们会有未定义的行为。

第二个：

68）一般来说，“正确对齐”这个概念是传递性的：如果指向类型A的指针正确地对齐指向类型B的指针，而指针又针对指向类型C的指针正确对齐，那么对于指向类型C的指针，指向类型A的指针正确对齐。

这一点更重要。它没有声明（也不应该）类型A和C必须是相同的，反过来，它们不允许它们。唯一的限制是alingment。

那就是它。

然而，当然，由于显而易见的原因，这种操纵是不安全的。

通过一个很好定义的void指针进行指针转换？

4 个答案: