在C++中，我能否通过(unsigned) char*读取任何可读的有效内存位置？

Question

今天我的搜索工具好像有点不太靠谱。我想知道在标准C++中是否能够通过一个（无符号的（？））char *来检查“任何”内存地址，其中“任何”是指程序内任何对象或数组（或其内部）。所以我想请问这种操作是否合法。

举个例子：

void passAnyObjectOrArrayOrSomethingElseValid(void* pObj) {
   unsigned char* pMemory = static_cast<unsigned char*>(pObj)
   MyTypeIdentifyier x = tryToFigureOutWhatThisIs(pMemory);
}

免责声明：这个问题纯粹是学术性质的，我并不打算将其用于生产代码！在“法律”方面，我指的是如果它确实符合标准，也就是说它能够在所有实现中都工作。 （不仅仅是在x86或一些常见硬件上。）

子问题：使用static_cast从void*地址获取char*指针是否正确？

- Martin Ba

Answer 1

C++假设严格别名，这意味着根本不同类型的两个指针不引用相同的值。

但是，如bdonlan所正确指出的那样，标准为char和unsigned char指针做了一个例外。

因此，总的来说，对于任何指针类型来读取任何有意的地址（可能是任何类型），都是未定义的行为，但是对于问题中的unsigned char的特殊情况，它是允许的（ISO 14882:2003 3.10(15)）。

static_cast进行编译时类型检查，因此很难总是有效。在这种情况下，您将需要reinterpret_cast。

- Damon

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这不是真的 - 任何提出更好主意的人都可以搜索 reinterpret_cast - 但他们搜不到 C 风格转换。此外，C 风格转换可能会变成更糟糕的转换而没有警告，例如 const_cast。 - Puppy

好的观点...能够对reinterpret_cast进行文本搜索是一个非常大的优点，我从未想过这一点。 - Damon

unsigned char和char可以与任何其他类型别名；请参见ISO/IEC 9899:1999(E) §6.5/7的最后一条以及脚注73。然而，出于其他原因传递任意地址（即不是从有效对象的地址获取的地址）是未定义的行为（§6.5.6/8、§6.5.3.2/4等）。 - bdonlan

请注意，9899:1999 是 C99 规范，而不是 C++。但由于 C++ 在语义方面尽量保持兼容性，因此它们可能是相同的。 - bdonlan

你说得对，那应该是ISO 14882:2003 3.10(15)，我会更新答案。 - Damon

@Damon: q("static_cast 在编译时进行类型检查，因此它不太可能......") -- 既然我传递了一个 void*，那么 static_cast 没有什么可以检查的。这里的问题实际上是使用static_c还是reinterpret_c，由于我不需要任何转换将对象转换为指向 void 的指针（即 void* p = &object; 是有效的），所以我认为 static_c 比 reinterpret_c 更合适。显然，如果我直接将对象强制转换为 char 类型，则需要 reinterpret_c，因此这也可以成为在此处使用 reinterpret_c 的论据。 - Martin Ba

Answer 2

根据ISO/IEC 9899:1999 (E) §6.5/7规定，只有以下类型的lvalue表达式才能访问对象的存储值：与对象的有效类型兼容的类型、一些不相关的类型、字符类型。因此，在C中通过unsigned char解引用和检查（有效）指针是合法的。但是，您在那里发现的内容是未指定的；tryToFigureOutWhatThisIs没有明确定义的方法来确定它正在查看什么。我没有C++规范副本，但我怀疑它使用相同的定义以保持兼容性。

- bdonlan

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C++有类似的语言：“char或unsigned char类型”，而不是“字符类型”。 - Dennis Zickefoose

Answer 3

你只能使用 char*，而不能使用 unsigned char*。使用 unsigned char* 会违反严格别名规则并引发未定义的行为，但对于 char* 有一些例外。然而，尝试从读取的内存中实际执行任何操作是非常可疑的，并很可能导致某些未定义的行为。这就是为什么在惯用的C++代码中很少这样做的原因。

- Puppy

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你确定吗？我记得无符号字符也适用于异常处理。不过我想我从来没有查过。 - jalf

@jalf：我很确定我看到了一个标准引用，它只说了 char*。 - Puppy

ISO/IEC 9899:1999 (E) §6.5/7 引用了“字符类型”，这允许有符号或无符号的访问。虽然它不是 C++ 规范，但很可能是相同的... - bdonlan

在C++03和C++11中，它肯定是char和unsigned char。显然，即使char是有符号类型，signed char也不好。在C++03的3.10 [basic.lval]/15中，在C++11的3.10 [basic.lval]/10中。 - Dennis Zickefoose

@Dennis, @bdonlan：谢谢，非常有帮助。我之所以问是因为我不确定，所以很高兴看到相关的标准引用。 :) - jalf