reinterpret_cast转换为void*合法吗？

Question

我正在查看 https://en.cppreference.com/w/cpp/language/reinterpret_cast，我注意到它指定了我们始终可以转换的合法类型：

• byte*
• char*
• unsigned char*

但我没有在列表中看到void*，这是一个疏忽吗？我的使用情况需要用reinterpret_cast从int**转换为void*。最终我会将void*转换回int**。

- Jonathan Mee

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"它指定了我们可以始终转换的合法类型" 这似乎是你的发明。那个页面没有说类似的话。 - cpplearner

不需要使用 reinterpret_cast 将指针转换为 void*。https://godbolt.org/z/-eIfjl - Max Langhof

我重新打开了这个问题，因为我没有看到只有顶部答案适用于此。在这里留下一个链接：https://dev59.com/N3RB5IYBdhLWcg3wn4UL - NathanOliver

@cpplearner 类型在类型别名部分中。 - Jonathan Mee

@FrançoisAndrieux 呃，我知道。我就像个傻瓜一样忘了。你能发一个回答吗？我会接受的。 - Jonathan Mee

@FrançoisAndrieux 我对你撒谎了。感谢您的发帖。我给了你一个+1，但是Serge Ballesta的回答对我来说更加明确，所以我接受了那个答案。 - Jonathan Mee

Answer 1

那些类型不受严格别名规则的限制。这并不意味着它们是您可以与 reinterpret_cast 一起使用的唯一类型。在将对象指针转换为另一个对象指针类型的情况下，未能满足严格别名规则的要求意味着您无法安全地引用结果。但是您仍然可以安全地将结果指针强制转换回原始类型，并将结果用作原始指针。

关于reinterpret_cast ，cppreference 上的相关部分如下：

(任何对象指针类型 T1* 都可以转换为另一个对象指针类型 cv T2*)。这相当于 static_cast(static_cast(expression)) (这意味着如果 T2 的对齐要求不比 T1 更严格，则指针的值不会更改，并且将结果指针转换回其原始类型的转换将产生原始值)。在任何情况下，只有在类型别名规则允许时才能安全地引用结果指针

当强制转换回原始类型时，AliasedType 和 DynamicType 是相同的，因此它们是别名规则列出的第一种情况，其中合法引用 reinterpret_cast 结果的方法：

每当试图通过类型为 AliasedType 的 glvalue 读取或修改类型为 DynamicType 的对象的存储值时，除非以下情况之一成立，否则行为是未定义的：

AliasedType 和 DynamicType 相似。

AliasedType 是 DynamicType 的（可能带 cv 限定符的）signed 或 unsigned 变体。

AliasedType 是 std::byte、char 或 unsigned char：这允许将任何对象的对象表示作为字节数组进行检查。

- François Andrieux

Answer 2

[expr.reinterpret.cast]/7:

一个对象指针可以显式转换为不同类型的对象指针。

[basic.compound]/3:

指向 cv void 或对象类型的指针类型称为 对象指针类型。

不过，您不需要使用 reinterpret_cast。每个指向非 cv 限定的指向类型的对象指针类型都可以隐式转换为 void*，而反向转换可以使用 static_cast。

- cpplearner

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感谢您提供如此详细的答案...不幸的是，这与我的误解有些不同。正如您从问题的最后一行所看到的那样，我正在尝试将int **转换为void *，我相信这确实需要一个reinterpret_cast？ - Jonathan Mee

不是吗？“指向int *的指针”就是指向CV未限定对象类型的指针。 - cpplearner

取消那个，是从void*到int**的转换需要一个reinterpret_cast。你同意这个吗？我盗用了这个答案中的例子来演示：https://ideone.com/G4zuwd 除非你知道我不知道的东西，否则我需要一个reinterpret_cast来分配ptr，对吧？ - Jonathan Mee

“从void*到int**的转换需要reinterpret_cast”是错误的。你只需要一个单一的static_cast：https://godbolt.org/z/Khvn145G5 - Mike Kaganski

Answer 3

将指向一种类型的指针转换为指向不同类型（包括void）的指针始终是合法的，因此如果T是一种类型，则以下C++代码是合法的：

最初的回答：在C++中，将指向一种类型的指针转换为指向另一种类型（包括void）的指针是合法的。因此，如果T是一种类型，下面的代码是合法的：

T* x;
void *y = reinterpret_cast<void *>(x);

在现实世界中，它从未被使用，因为void *是一个特殊情况，您可以使用static_cast获得相同的值：

最初的回答：

void *y = static_cast<void *>(x); // equivalent to previous reinterpret_cast

最初的回答已经隐式地转换，可以简单地写成void *y = x; - 感谢Michael Kenzel注意到它。

更明确地说，标准甚至在C++17草案n4659的8.2.10 Reinterpret cast [expr.reinterpret.cast] §7中提到：

当将对象指针类型的prvalue v转换为对象指针类型“指向cv T”的结果是static_cast<cv T*>(static_cast<cv void*>(v))。

当您提到字节和字符是唯一合法类型时，只是因为仅对这些类型的转换后的指针进行解引用才是合法的。这里不包括void，因为您永远无法解引用void *。

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具体回答您的问题：

..我正在从int **转换为void*。最终我将从void*转换回int**。

标准保证第一个是标准（读作隐式）转换：

对象类型T的“指向cv T”的指针类型的prvalue可以转换为类型“指向cv void”的prvalue。指针值（6.9.2）由此转换不变。

所以这总是合法的：

int **i = ...;
void *v = i;

对于反向转换，标准规定（在static_cast段落中）：

可以将类型为“指向cv1 void”的prvalue转换为类型为“指向cv2 T”的prvalue，

因此这也是合法的。

“prvalue”是C++中的一个概念，表示纯右值（pure rvalue），即不可修改的临时对象。cv1和cv2分别代表两个类型的常量性和易变性。

int **j = static_cast<int **>(v);

最初的回答: 标准确保了j == i。

这个标准保证了变量j和i是相等的。

- Serge Ballesta

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你的例子中甚至不需要使用 static_cast。任何对象指针类型都可以隐式转换为 void*（具有相同的 cv 限定符）。只有在将 void* 强制转换回特定类型的对象指针时才需要使用 static_cast... - Michael Kenzel

感谢您提供如此详细的答案...不幸的是，这与我的误解有些不同。正如您可以从问题的最后一行看到的那样，我正在尝试将int **转换为void *，然后再转回来，我相信这确实需要使用reinterpret_cast？ - Jonathan Mee