Question

malloc()函数返回类型为void*的指针。它根据作为参数传递的size_t值以字节为单位分配内存。生成的分配是原始字节，可以与C中的任何数据类型一起使用（无需转换）。

在返回char的函数中声明类型为void *的数组是否可以与任何数据类型一起使用，例如malloc的结果分配？

例如，

#include <stdio.h>

void *Stat_Mem();

int main(void)
{
    //size : 10 * sizeof(int)
    int buf[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };

    int *p = Stat_Mem();

    memcpy(p, buf, sizeof(buf));

    for (int n = 0; n < 10; n++) {
        printf("%d ", p[n]);
    }
    putchar('\n');

    return 0;
}

void *Stat_Mem()
{
    static char Array[128];
    return Array;
}

Answer 1

静态对象Array的声明类型为char。该对象的有效类型是它的声明类型。无法更改静态对象的有效类型，因此对于程序的其余部分，Array的有效类型为char。

如果您尝试访问类型与此列表¹不兼容的对象的值，则行为未定义。

您的代码尝试使用Array类型访问int的存储值。此类型与类型char不兼容，并且不在异常列表中，因此当您使用int指针p读取数组时，行为未定义：

printf("%d ", p[n]);

¹（引自：ISO：IEC 9899：201X 6.5表达式7）
对象的存储值只能由左值访问具有以下类型之一的表达式：
- 一种与对象的有效类型兼容，
- 合格的与对象的有效类型兼容的类型的版本，
- 对应于的有符号或无符号类型的类型有效的对象类型，
- 签名或未签名的类型类型对应于有效类型的限定版本对象，
- 包含其中一个的聚合或联合类型其成员之间的上述类型（包括，递归，a 分包或联合的成员）或
- 字符类型。

Answer 2

不可以因为可能的对齐问题而无法将任意字节数组用于任意类型。标准在6.3.2.3转换/指针（强调我的）中说：

指向对象或不完整类型的指针可能会转换为指向其他对象的指针对象或不完整的类型。 如果生成的指针未正确对齐指向类型，行为未定义。否则，当再次转换回来时，结果应与原始指针进行比较。

作为最小对齐要求的char，您无法确保您的char数组将正确对齐任何其他类型。这就是为什么malloc保证malloc获得的缓冲区（即使它是void *）具有最大可能的对齐要求，以便能够接受任何其他类型。

我认为

union {
    char buf[128];
    long long i;
    void * p;
    long double f;
};

应该对任何类型都有正确的对齐方式，因为它与最大的基本类型兼容（如6.2.5类型中所定义）。我很确定它适用于所有常见的实现（gcc，clang，msvc，...）但遗憾的是我无法找到标准允许的任何确认。基本上是因为6.5表达式§7中定义的严格别名规则：

对象的存储值只能由具有其中一个的左值表达式访问   以下类型：


与对象的有效类型兼容的类型

与对象的有效类型兼容的类型的限定版本，

对应于有效类型的有符号或无符号类型的类型   对象，

对应于合格版本的有符号或无符号类型的类型   有效的对象类型，

聚合或联合类型，其中包含上述类型之一   成员（包括，递归地，子集合或包含的联合的成员），或

字符类型。

所以恕我直言，没有使用malloc构建自定义分配器的可移植和标准符合方式。

Answer 3

如果读取C89标准的基本原理，存在类型别名规则的唯一原因是避免要求编译器做出“最坏情况的混叠假设”。给出的例子是：

    int a;
    void f( double * b )
    {
        a = 1;
        *b = 2.0;
        g(a);
    }

如果程序在一个联合内创建一个“char”数组，其中包含哪些符号适合任何类型，取其地址，并且永远不会访问该结构的存储，除非通过结果指针，应该没有理由别名规则应该会造成任何困难。

值得注意的是，标准的作者认识到实施可以同时兼容但无用;见C89 2.2.4.1的基本原理：

虽然缺乏执行可能会设法满足这一要求的计划，但仍然没有成功，但委员会认为，这种聪明才智可能需要做更多的工作而不是做一些有用的工作。委员会的意义在于，实施者不应将翻译限制解释为硬连线参数的值，而应将其作为判断实施的一套标准。

虽然该特定声明是关于实施限制的，但将C89解释为与之前的C语言甚至远程兼容的唯一方法是将其视为更广泛地应用：标准不尝试详尽地指出程序应该能够做的所有事情，但依赖于编译器编写者的一些常识。

使用字符类型数组作为任何类型的后备存储，假设有一个确保对齐问题得到处理，不应该导致任何非钝写编译器的问题。标准没有要求编译器编写者允许这样的事情，因为他们认为没有理由期望他们这样做。不幸的是，他们未能预见到21世纪语言的发展方向。

char数组可以与任何数据类型一起使用吗？

3 个答案: