C语言 - 分配指针数组和使用方法 - 类型转换安全性

Question

我正在处理一些遗留代码，它广泛使用这种形式：

// Allocate a look-up-table of pointers.
long *pointerLUT = (long *) malloc(sizeof(long) * numPointers);

...


// Populate the array with pointers.
for (int i=0; i<numPointers; i++) {
     pointerLUT[i] = (long) NewFoo();
}

...


// Access the LUT.
Foo *foo = (Foo *) pointerLUT[anIndex];

您可以看到，这段代码分配了一个包含longs的数组，其想法是用它们作为通用指针存储。

Q1. 这种方法安全吗？

Q2. 从样式上来说，如何改进它？是否需要改进？（类型转换使我感到不安）

谢谢。

- SirRatty

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请使用 size_t 替代 long... - smerlin

@smerlin：uintptr_t可能是更好的选择。如果C实现支持将指针类型转换为整数并且不会丢失信息，那么它可能会提供uintptr_t。uintptr_t和size_t之间的区别在于，如果提供了uintptr_t，则保证它可以容纳任何有效的void指针，并且保证当转换回void指针时，它应该与原始指针相等。 - dreamlax

@dreamlax：是的，但并非每个编译器都提供它，因此使用自己的typedef，在那些可用uintptr_t或intptr_t类型的编译器上使用它，在其他编译器上使用size_t将是最佳解决方案...然而，大多数情况下，size_t和uintptr_t将表示相同的类型。 - smerlin

Answer 1

A1: 你应该将long替换为void *，因为sizeof(long)不一定与sizeof(void *)相同。例如，在64位Windows环境中，long是32位的，而指针是64位的，这样做就无法正常工作。

A2: 如果你使用C语言和void *，那么你就不需要使用类型转换，因为从void *进行转换是可以的。

- detunized

Answer 2

编辑：我错过了他在问题中提到的“通用指针存储”。对于这种情况，这个答案是不正确的。

如果你正在使用指向Foo的指针，那么你的代码应该这样写。

// Allocate a look-up-table of pointers.
Foo **pointerLUT = (Foo **) malloc(sizeof(Foo *) * numPointers);

// Populate the array with pointers.
for (int i=0; i<numPointers; i++) {
     pointerLUT[i] = NewFoo(); // NewFoo() should return (Foo *)
}

// Access the LUT.
Foo *foo = pointerLUT[anIndex];

- Blastfurnace

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问题说这个表用于通用指针存储。我猜可能不知道查找表中的每个指针是否会指向Foo。 - dreamlax

@dreamlax：你说得对，我没注意到。看起来他被困在了void **里。 - Blastfurnace

感谢大家的帮助。Blastfurnace说得对，最好的方法是使用特定类型。我所说的“通用”是指程序员在整个项目中都使用这种方法，作为指针数组的一种一刀切的解决方案，将其转换为所需类型的类型转换。然而，对于每个单独的用途，只引用一种对象类型。例如Foo。我将拼命重写，采用Blastfurnace的方法。干杯。 - SirRatty

你如何检查成功的（malloc()）分配？pointerLUT != NULL，是吗？ - Ziezi

Answer 3

在C语言中，指针类型和整型之间的转换（以及相反的转换）是由实现定义的¹（这意味着实现必须记录是否支持这种转换以及如何进行）。此外，并没有保证一个指向void的指针具有与长整型相同的大小或可以表示所有相同的值。

最好分配一个指向void类型的指针数组，例如：

void **pointerLUT = malloc(sizeof (void *) * numPointers);

// Populate the array with pointers.
for (int i=0; i<numPointers; i++) {
    pointerLUT[i] = NewFoo(); // implicit conversion to void *
}

// Access the LUT.
Foo *foo = pointerLUT[anIndex]; // implicit conversion from void *

¹: 请参阅第§6.3.2.3节的第5和第6段：

(5) 整数可以转换为任何指针类型。除先前规定外，结果是实现定义的，可能不正确对齐，可能也不指向引用类型的实体，并且可能是一个陷阱表示。

(6) 任何指针类型都可以转换为整数类型。除先前规定外，结果是实现定义的。如果结果无法在整数类型中表示，则行为是未定义的。结果不一定在任何整数类型值范围内。

- dreamlax

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你需要使用 void **pointerLUT，而不是 void *pointerLUT。按照现有的写法，pointerLUT[anIndex] 是错误的，因为你不能对 void* 进行解引用操作。 - Adam Rosenfield

如果pointerLUT是一个空指针，我认为你不能以这种方式进行下标操作。 - Blastfurnace

@Adam Rosenfield：哎呀！好发现。 - dreamlax

Answer 4

那段代码是不可移植的，因为没有保证 sizeof(long) == sizeof(void*)。如果代码至少使用 void* 而不是 long，那么它的风格会更好，但这并不容易在所有地方进行修复。

- aschepler