为什么我需要使用reinterpret_cast将Fred ** const转换为void ** const？

Question

我有一个指向 Fred 指针的常量指针，但我不明白为什么 static_cast 不足以满足要求。

typedef struct {
    int n;
} Fred;

Fred *pFred;
Fred **const ppFred = &pFred;
void **const ppVoid = static_cast<void ** const>(ppFred);

请问为什么需要使用reinterpret_cast将指向Fred*的指针转换为指向void*的指针，但是使用static_cast将指向Fred的指针转换为指向void的指针就可以了呢？

- DangerMouse

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有一个 void** 有意义吗？ - moooeeeep

我正在编写一个C风格的回调消息接口，并接收一个指向结构体的指针。相同的C调用用于获取所有结构体，因此我不确定是否有其他选项。 - DangerMouse

类似于http://stackoverflow.com/questions/11409289/c-comparison-of-array-of-pointers，尽管那是C语言，而且其他提问者也在询问如何解决他们的情况。 - Steve Jessop

@moooeeeep void** 是指向 void* 的指针，它可以用于在 C 语言中将 void* 作为“引用传递”传递给函数。realloc 接口也可以这样定义。我在这里并不是要提倡这个想法，只是说这是一种可能性。 - curiousguy

@DangerMouse，“static_cast<void ** const>”，你知道这个const没有任何作用或影响，对吧？ - curiousguy

Answer 1

并没有要求 Fred* 和 void* 拥有相同的大小和表示方式（我曾在一些机器上工作时遇到过不同，但那是在我学习 C++ 之前）。当将 Fred* 转换为 void* 时，你会得到一个新的指针，它可能具有不同的大小和表示方式，但并没有关于 void* 所指向对象的大小和表示方式的信息。你只知道它是未知的，使用这个 void* 的唯一方法是将其转换回 Fred*（除了像 cv 限定符之类的东西）。当将 Fred** 转换为 void** 时，你正在将一个指向具体类型（Fred* 指针）的指针转换为另一种具体类型（指向 void* 的指针），由于这两种具体类型的大小和表示方式没有保证相同，所以转换需要使用 reinterpret_cast。 void 是一种特殊的、非具体的类型，因此你可以将任何类型的指针与指向 void 的指针进行 static_cast。而 void* 只是另一种具体的指针类型，因此转换指向它的指针与从它到其他指针的转换都遵循通常的规则（需要使用 reinterpret_cast）。

在许多方面，情况非常类似于 int 和 double，其中 void* 扮演 int 的角色（比如），而 Fred* 扮演 double 的角色。在 int 和 double 之间进行 static_cast 没有任何问题，但是在 int* 和 double* 之间进行转换需要使用 reinterpret_cast。

- James Kanze

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那么我可以做 static_cast<void * const>(&pFred) 吗？ - DangerMouse

"void* 扮演 int 的角色（比如说），而 Fred* 扮演 double 的角色。反过来也一样，因为通常每个 int 值都可以表示为 double，而每个 Fred* 值都可以表示为 void。X 转换为 Y 的事实有时会让人误以为 X 可能会转换为 Y*，我认为这是一个误区。" - Steve Jessop

@SteveJessop 是的。当我想到这个例子时，我没有考虑到这个方面。我的想法只是你可以在两个“值”之间进行转换，但你不能在两个指向这些值的指针之间进行转换。 - James Kanze

@DangerMouse 是的，但您无法取消引用该指针。唯一合法的方法是将其强制转换回 Fred*（模除 cv 限定符），并使用它来进行取消引用操作。 - James Kanze

@Chethan 实际上是历史原因。在某些情况下，仍然有必要指向某个东西，而不知道它是什么（尽管在最早的C语言中，这是char*）。人们还同意将T*转换为该指针（现在为void*）可以是隐式的。后来，决定任何隐式转换的反转应该是一个static_cast。当然，所有这些都不适用于void**，因为void**并不指向任何东西；它指向一个具体的数据类型，即void*。 - James Kanze

Answer 2

所有对象指针都可以转换为 void*, 因此静态类型转换是可以的。然而，在一般情况下，T* 和 U* 之间的转换需要重新解释转换，因为任意指针不能互相转换。（并将 T = Fred*，U = void* 替换进去。）

- Kerrek SB

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豁免转换为void*的理由是什么？为什么这不适用于void**？ - Chethan

@Chethan：void*是特殊的。每个指针都可以转换为void*。 - Kerrek SB

Answer 3

static_cast不能把Fred **转换为void **，因为这不是一个合理的转换：指向Fred*和void*的指针在某些平台上可能没有以相同的方式创建（例如，对齐问题）。你可以确定一个能够指向内存中任何字节的void*也可以指向一个Fred对象，但对于void**指针来说并非如此。

- strnk

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如果我理解正确的话，您是在说指向void的指针可能与指向Fred的指针不同，但指向void的指针可以指向任何东西？因此，在函数签名中，我可以像使用void*一样轻松地使用void？ - DangerMouse

Answer 4

免责声明

以下是为了让事情更容易理解而进行的手势，并非技术上正确的描述。

手势

介绍 void 的一种可能方式是：

void 与 Java 的 Object 通用超类类似（但不完全相同）。

void 可以被看作是每个类和非类类型的抽象基类。（使用这个比喻，void 也将成为准虚拟基类：转换为 void* 永远不会有歧义。）

因此，您可以将从 T* 到 void* 的隐式转换视为派生到基类的转换，而反向的 static_cast 就像是从基类到派生类的向下转换。当 void* 实际上并没有指向 T 时，您不应该执行 static_cast<T*>（当 Base* 实际上并没有指向 Derived 时，您不应该执行 static_cast<Derived*>）。

免责声明，再次提醒

严肃地说，void不是抽象基类，在许多情况下不能正式地被视为抽象基类：

• 您不能将void正式描述为虚基类（否则static_cast会出错），也不能将其描述为非虚基类（否则在使用多重继承时，转换为void*会产生歧义）。
• 没有void&类型。这个基类的“隐喻”不仅限于指针。

请不要告诉别人“void是像Java Object一样的通用C++基类”。不要在没有完整免责声明的情况下重复我在这里写的任何内容。

只有在某些情况下，void才会像基类一样行事，用于指针隐式转换和强制转换。

您不能基于隐喻编写程序，而是要遵循真正的C++规则。

这个隐喻可能有所帮助。或者不是。无论如何，不要试图根据隐喻得出逻辑结论。

- curiousguy