static_cast与reinterpret_cast在将指针转换为指针时的区别

Question

鉴于以下情况：

struct A
{
    int a;
};

struct B
{
    int b;
};

int main()
{
    A  a {1};
    A* p = &a;

使用static_cast和reinterpret_cast通过void*进行强制转换会得到相同的结果吗？即以下表达式之间是否有任何区别？

    static_cast      <A*> ( static_cast      <void*> (p) );
    reinterpret_cast <A*> ( reinterpret_cast <void*> (p) );

如果我们使用 static_cast 和 reinterpret_cast 将一个类的指针转换为另一个类的指针，这两个操作符之间有区别吗？以下表达式是否相同？

    static_cast      <B*> ( static_cast      <void*> (p) );
    reinterpret_cast <B*> ( reinterpret_cast <void*> (p) );
    reinterpret_cast <B*> (                           p  );

我可以在这之后使用B*指针来访问b成员吗？

- anton_rh

Answer 1

is there any difference between the following expressions?

static_cast      <A*> ( static_cast      <void*> (p) );
reinterpret_cast <A*> ( reinterpret_cast <void*> (p) );

不。

Are the following expressions the same?

static_cast      <B*> ( static_cast      <void*> (p) );
reinterpret_cast <B*> ( reinterpret_cast <void*> (p) );
reinterpret_cast <B*> (                           p  );

可以。

易于理解的方法是考虑reinterpret_cast从指针到指针的规定。 reinterpret_cast<T*>(ptr)的行为与static_cast<T*>(static_cast<void*>(ptr))完全相同 (为简单起见，我省略了cv限定符)。

当然，static_cast<T>(static_cast<T>(anything))等同于static_cast<T>(anything)，因为外层转换总是恒等转换。

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在此之后，我可以使用B*指针来访问b成员吗？

不可以。如果这样做，则程序的行为将未定义。

- eerorika

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值得一提的是，从 p 到 B* 的强制类型转换并不总是等同于先转换为 void* -- 这只适用于 OP 的示例。如果 A 和 B 在层次上有关联，则指针值可以在转换过程中更改。此外，据我所知，从 A -> void -> B 的转换始终是未定义行为，无法进行解引用操作，而 A -> B 可以合法进行，前提是两种类型具有兼容的布局。 - Human-Compiler

我认为值得完整地提及这个标准： “8.5.1.10重新解释转换：7个对象指针可以显式转换为不同类型的对象指针。当对象指针类型的prvalue v被转换为对象指针类型“pointer to cv T”时，结果是static_cast<cv T*>(static_cast<cv void*>(v))。” - Mircea Ispas

@Human-Compiler A和B之间存在层次关系，指针值可以作为强制类型转换的一部分而改变。如果是static_cast<A*>(b_ptr)，那么是的。如果没有继承，那么这种转换将是不合法的。此外，从A -> void -> B转换在解引用时始终是未定义行为，而A -> B则可以是合法的，前提是两个类型具有布局兼容性。如果您指的是reinterpret_cast并且这些转换是指针，则这两者在所有方面都是相同的，并且无论布局兼容性如何，访问都是未定义的行为。如果您指的是static_cast，则后者可能是良好定义的。 - eerorika

关于“如果A和B在层次上相关，则指针值可以作为强制转换的一部分而更改”的技术问题，从技术上讲，在大多数类型转换中（即使不是层次结构静态或动态转换），指针值也可以更改，因为指针类型通常不需要具有相同的表示形式，除非在特定情况下。然而，在实践中，所有指针通常都具有相同的表示形式，例如在64位x86上。 - eerorika

@eerorika 给定 struct Coordinate{double x, double y, double z}; double *ptr1, *ptr2; Coordinate stSpaceCoord; 请问 ptr1 = static_cast<void*>(&stSpaceCoord); 和 ptr2 = reinterpret_cast<void*>(&stSpaceCoord); 有什么区别吗？谢谢。 - John

@John 不，将 static_cast 和 reinterpret_cast 应用于 void*（或从 void* 转换）时没有任何区别。 - eerorika