reinterpret_cast 如何工作？

Question

我想知道reinterpret_cast在幕后是如何工作的。我正在从一本书中学习它，但我不理解。 例如，假设我有以下代码部分：

int a = 255;
char *pChar = reinterpret_cast<char*>(&a);

或者

std::string str = "Hello";
char *pChar = reinterpret_cast<char*>(&str);

在这两个示例中，pChar将指向什么？为什么我尝试打印它们的内容时看不到任何东西？当然，reinterpret_cast是如何工作的？

编辑： 我知道reinterpret_cast使用起来非常危险，只想用它将一个内存块直接写入二进制文件中。我不明白的是，当我有一个

int a = 255; (00 00 00 FF in memory)

我希望将变量a视为一系列字节，即char*：

char *pChar = reinterpret_cast<char*>(&a);

你好，我会翻译中文。以下是关于编程的内容：

pChar指向变量a(00 00 00 FF)的各个字节吗？

当我想要写入二进制文件时，pChar所指向的内容会被写入吗？

a_file.write(reinterpret_cast<char*>(&a), sizeof(a));

它会写入变量 a 的各个字节，对吗？

- 0xbaadf00d

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C++编译器和运行时库将把任何char*视为C风格的以null结尾的字节字符串。如果它实际上不是这样，那么你就不能像打印（或者其他处理）这样的字符串一样对待它。 - Some programmer dude

reinterpret_cast<char*>(&a) 告诉编译器：“我们都知道 &a 不是一个 char*，但让我们假装它是。” - Pete Becker

作为学习C++的人，应该避免使用reinterpret_cast。了解它是好的；然而，在您的代码中使用此转换的相对较少的地方会导致未定义的行为。 - Richard Critten

@Someprogrammerdude 嗯，什么？！虽然C标准库的字符串函数通常会使用预期包含NUL终止字符串的char *参数，但这并不是char *类型本身固有的特性，编译器也不会做出这种假设，除非解析字符串字面值。 - Alnitak

Answer 1

它在运行时不执行任何操作。Cpp reference：

与 static_cast 不同，但类似于 const_cast，reinterpret_cast 表达式不会编译成任何 CPU 指令。它完全是一种编译器指令，指示编译器将表达式的位序列（对象表示）视为具有类型 new_type。

你的两个转换都相当危险，因为第一个将指针指向 int，这很可能在内存中表示为 00 00 00 FF，因此不会打印任何内容，因为 00 == '\0'，这是字符串结束符。这假定您使用的是大端机器。如果这是一个填充了所有字节的非零值的 int，则会无限地读取该位置之后的内容。

第二句话告诉编译器将string所在的位置视为char*，这不是实际字符串内容的起始地址，而是一个实现定义的结构体，该结构体可能包含大小、容量和指针变量或小字符串优化的字符串表示。由于大小和容量通常为64位宽，并且大小和容量可能都小于2^32，因此您可能会遇到零字节，从而什么也不打印。再次强调，如果没有意外的零字节，您将无限制地读取超出范围。 针对OP的编辑: 根据链接cpp-reference网站的第5节

任何类型为T1的对象指针都可以转换为另一种类型cv T2的对象指针。这完全等同于static_cast(static_cast(expression))（这意味着如果T2的对齐要求不比T1的严格，则指针的值不会改变，并且将结果指针转换回其原始类型会产生原始值）。在任何情况下，只有符合类型别名规则才能安全地解引用结果指针（见下文）。

当一个指向动态类型为DynamicType的对象的指针或引用进行reinterpret_cast(或C风格转换)到不同类型AliasedType的对象的指针或引用时，转换总是成功的，但是如果以下情况之一成立，则只能使用所得到的指针或引用来访问该对象：... 如果AliasedType是char、unsigned char或std::byte，则允许将任何对象的对象表示作为字节数组进行检查。..., 该指针应指向a开始的地址。

- midor

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SBO字符串可以重用大小和/或容量字段作为字符串本身的一部分。但是，SBO字符串将在其自身的某个位置存储一个空值，因此这并不重要。另一方面，字符串可以实现为3个指针，而不是指针、大小和容量。 - Yakk - Adam Nevraumont

是的，我在那里留下了一个“可能”的原因，因为我不确定当前的实现情况。我听说过至少一种可能的实现方式，它将23个字节存储在size、pointer、cap的24个字节中，重复利用最后一个字节变成零作为容量的事实，同时也兼作终止符'\0'。我认为在这种特殊情况下所有字节都可以是非零的，因为第一个字节的一位用于区分小字符串或非小字符串，并且在size == 22时，所有字节都应该是非零的。 - midor

SBO必须具有空终止符，因为c_str()是const并返回以空终止的字符串。这留下了它不是SBO的情况。 - Yakk - Adam Nevraumont

没错，因为在最大大小-1时，盖帽字节之前的字节仍然是零字节。我认为这次演讲详细阐述了这种优化：https://www.youtube.com/watch?v=kPR8h4-qZdk - midor

Answer 2

在这两个例子中，pChar将指向这些变量所驻留的内存的第一个字符。

为什么我尝试打印它们的内容时看不到任何东西？

您可能是以错误的方式进行打印。您不能将它们打印为以空值结尾的字符串（例如，a 的内部表示包含 0，这将被视为终止零）。

您可以像这样打印它们：

for (size_t i=0; i<sizeof(int); i++) {
    printf("%02x ", pChar[i]);
}
printf("\n");

这将以十六进制打印a的字符值。这样，您将看到ff 00 00 00（假设您在小端机器上）。

您可以对std::string执行相同的操作。您将看到std::string的内存表示。

（您可以使用“%c”将内容打印为char。如果将stdout重定向到文件，则会在文件中看到变量的内部表示。）

当然reinterpret_cast是如何工作的？

它只是重新解释其参数，假装它具有另一种类型。没有运行时成本（注意：此解释过于简化）。 pChar会指向变量a的各个字节（00 00 00 FF）吗？

是的，假设char是一个字节，并且您在大端机器上。

它会写入变量a的各个字节，对吗？

是的，但是假设您不需要reinterpret_cast，也可以做同样的事情（假设a_file.write的第一个参数是void *）。

- geza