指针类型转换的正确方式

Question

考虑到以下代码（以及VirtualAlloc()返回一个void*）：

BYTE* pbNext = reinterpret_cast<BYTE*>(
    VirtualAlloc(NULL, cbAlloc, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE));

为什么选择使用reinterpret_cast而不是static_cast？

我曾认为reinterpret_cast可以用于将指针从整数类型（如DWORD_PTR）转换并转换回来，但是将void*转换为BYTE*，使用static_cast是否可行？

在这种特定情况下，它们有任何（微妙的）差异，还是它们都是有效的指针转换？

C++标准对于此案例有偏好吗？建议使用一种方法而不是另一种方法吗？

- Mr.C64

---

首先，我不会假设微软的开发人员遵循“事实上的良好实践”。在这里使用 static_cast 是完全合适的。 - user529758

应该优先使用static_cast，但有些人更喜欢使用reinterpret_cast，因为名称表明了你正在做什么（重新解释位模式）。 - Jesse Good

无论如何，+1，享受你的“好问题”徽章！ - user529758

Answer 1

对于将可转换指向基础类型的指针，这两个强制类型转换具有相同的含义; 因此你正确地使用了static_cast。

当在某些指针类型之间进行转换时，可能需要改变指针中保存的特定内存地址。

这就是两种强制类型转换的区别所在。 static_cast会进行适当的调整，而reinterpret_cast则不会。

因此，一个好的通用规则是，在指针类型之间使用static_cast，除非你知道需要使用reinterpret_cast。

- Drew Dormann

Answer 2

您应该使用static_cast。在撤销隐式转换的情况下使用static_cast。

然而，在这种特殊情况下，没有区别，因为您正在从void*转换。但是一般来说，在两个对象指针之间进行reinterpret_cast被定义为（§5.2.10 / 7）：

对象指针可以显式地转换为不同类型的对象指针。当类型为“指向T1的指针”的prvalue v 转换为类型“指向cv T2的指针”时，如果T1和T2都是标准布局类型，并且T2的对齐要求不比T1更严格，或者任一类型是void，则结果为static_cast<cv T2*>(static_cast<cv void*>(v))。将类型为“指向T1的指针”的prvalue转换为“指向T2的指针”（其中T1和T2是对象类型，T2的对齐要求不比T1更严格），然后返回到其原始类型会产生原始指针值。任何其他这类指针转换的结果都是未指定的。

强调我的。由于您的T1已经是void*，因此在reinterpret_cast中将其转换为void*不起作用。这在一般情况下是不正确的，这就是Drew Dormann说的内容。

#include <iostream>

template <typename T>
void print_pointer(const volatile T* ptr)
{
    // this is needed by oversight in the standard
    std::cout << static_cast<void*>(const_cast<T*>(ptr)) << std::endl;
}

struct base_a {};
struct base_b {};
struct derived : base_a, base_b {};

int main()
{
    derived d;

    base_b* b = &d; // implicit cast

    // undo implicit cast with static_cast
    derived* x = static_cast<derived*>(b);

    // reinterpret the value with reinterpret_cast
    derived* y = reinterpret_cast<derived*>(b);

    print_pointer(&d);
    print_pointer(x);
    print_pointer(y);
}

输出：

00CBFD5B
00CBFD5B
00CBFD5C

（注意，因为y实际上不指向derived，所以使用它是未定义的行为。）

在这里，reinterpret_cast得到了一个不同的值，因为它经过了void*。这就是为什么你应该在可以使用static_cast时使用它，在必须使用reinterpret_cast时使用它的原因。

- GManNickG

---

不错的说明！关于 void* 转换 - 我有这样一个令人烦恼的记忆，具体地说，标准允许 reinterpret_cast 改变值，仅在循环转换 X* 到 void* 再到 X* 时保证地址不变。这个理解是正确的吗？ - Drew Dormann

@DrewDormann：我不确定我理解了，您指的是哪一行？对于reinterpret_cast，所有带有void*（无论是源类型还是目标类型）的情况都会经过我引用的子句，因此从这一点上来看，唯一相关的事情就是关于void*的static_cast。希望这样能澄清问题。 - GManNickG

@GManNickG，您对这个问题有什么看法吗？根据这里的答案，我认为在这里使用两个静态变量更安全，但如果我错了，请您纠正我。 - Ali

@GManNickG 你能解释一下 print_pointer 函数中的 "..needed by oversight in the standard" 部分吗？为什么不直接用 cout 打印 ptr？ - User 10482

@User10482 我早就忘记了，但如果我猜的话，可能是因为缺少了对volatile限定的过载。当然，在这个例子中完全没有必要包含这个。 - GManNickG

Answer 3

使用static_cast将指针转换为和从void*转换保证地址保持不变。

另一方面，reinterpret_cast保证如果您将指针从一种类型转换为另一种类型，然后再转换回原始类型，则地址将保持不变。

虽然在大多数实现中，使用这两种方法会得到相同的结果，但应优先选择static_cast。

而且，在C++11中，我记得使用reinterpret_cast用于void*具有明确定义的行为。在此之前，此行为是被禁止的。

It is not permitted to use reinterpret_cast to convert between pointers to object type and pointers to void.

提议的解决方案（2010年8月）： 将5.2.10 [expr.reinterpret.cast]第7段改为以下内容： 如果T1和T2都是标准布局类型（3.9 [basic.types]），并且T2的对齐要求不比T1更严格，或者任一类型为void，则对象指针可以显式转换为不同类型的对象指针。当类型为“指向T1的指针”的prvalue v转换为类型“指向cv T2的指针”时，结果为static_cast(static_cast(v))。 将类型为“指向T1的指针”的prvalue转换为类型为“指向T2的指针”的prvalue（其中T1和T2是对象类型，且T2的对齐要求不比T1更严格），然后再转回其原始类型，就会得到原始指针值。任何其他这样的指针转换的结果是未指定的。 更多信息请参见此处。

感谢Jesse Good提供的链接。

- Tuxdude

---

这里有一个关于reinterpret_cast的链接，在C++11之前它实际上是被禁止的。 - Jesse Good