关于在 C 中将 `void *` 转换为 `int` 的问题

Posted 2023-02-25

【中文标题】关于在 C 中将 `void *` 转换为 `int` 的问题

【英文标题】：Question about converting `void *` to `int` in C

【发布时间】：2019-04-19 19:25:22

【问题描述】：

我正在尝试再次选择我的 C 技能。我想对不同线程中的序列求和，每个线程将返回一个序列的一部分总和的指针。但是，当我尝试将void* 类型值local_sum 转换为int 时，出现了问题。

我尝试使用sum += *(int*)local_sum; 进行转换，发生了段错误，我得到了Process finished with exit code 11。

我发现如果我使用sum += (int)local_sum;，就可以了。但我无法说服自己：local_sum 不应该是void * 吗？为什么可以用(int)local_sum转换成int？

非常感谢你能回答这个问题。

对每个进程的返回值求和的部分在这里：

int sum = 0;
for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i ++) 
    void * local_sum;
    pthread_join(count_threads[i], (&local_sum));
    sum += (int)local_sum;

线程的功能在这里：

void * count_thr(void *arg) 
    int terminal = ARRAY_SIZE / NUM_THREADS;
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < terminal; i ++) 
        sum += *((int*)arg + i);
    
    return (void*)sum;

【问题讨论】：

在pthreads的void*中传递int，而不是指向一个，一直是一种肮脏的黑客行为。就像所有肮脏的黑客一样，它们最终会崩溃。整数到指针的转换具有实现定义的行为（至少使用 uintptr_t）。解决方案不是使用脏黑客，而是传递一个指向 malloc:ed 数据的指针。与创建和关闭线程的成本相比，动态分配的开销执行时间算不了什么。

参考c89: Convert an int to void* and back和链接问题Is it safe to cast an int to void pointer and back to int again?

【参考方案1】：

通过设置void * 地址，您可以return 获取int sum 的值。在这种情况下，地址无效。但是，如果您牢记这一点并通过将void * 转换为int 来获得sum 的值，它将起作用。

void * 有时以这种方式用于return 值（例如int）或某物的地址（例如struct）。

为了说明这一点：

int a = 5;
void *p = (void *)a;
int b = (int)p;

a、p 和 b 的值都为 5。 p 未指向有效地址。尝试取消引用 p 会导致未定义的行为：

b = *(int *)p; // Undefined Behavior!

考虑以下程序：

#include <limits.h>
#include <stdio.h>

int main(void)

    int a, b;
    void *p;

    a = 5;
    p = (void *)a;
    b = (int)p;

    printf("%d %p %d\n", a, p, b);

    a = INT_MAX;
    p = (void *)a + 1;
    b = (int)p;

    printf("%d %p %d\n", a, p, b);

    return 0;

编译时，我收到以下警告：

$ gcc main.c -o main.exe main.c：在函数“main”中： main.c:9:9：警告：从不同大小的整数转换为指针 [-Wint-to-pointer-cast] p = (void *)a; ^ main.c:10:9：警告：从指针转换为不同大小的整数 [-Wpointer-to-int-cast] b = (int)p; ...

发出警告是因为，正如@Gerhardh 所指出的，sizeof(int) 和sizeof(void *) 可能不同。如果void * 的值超过int 可以容纳的最大值，您可能会遭受数据丢失。

输出

$ ./main.exe 5 0x5 5 2147483647 0x80000000 -2147483648

【讨论】：

" 在我们的例子中，这种行为是需要的。"真的吗？这不仅是关于转换的警告，而且是关于不同大小的。这不是我们想要的部分。你可能有 4 字节整数和 8 字节指针。

注意这个行为是实现定义的

a、p 和 b 的值都为 5。 a 和 b 不保证具有相同的值。

@DavidBrown 当然，这是未定义的行为。在我的机器上，这种行为是如此。

@FiddlingBits ：更正：它是implementation defined，正如我之前所说的。正如您所描述的，它可以在许多（如果不是大多数）平台上运行，但不能保证。

【参考方案2】：

你不能这样做 *(int*)local_sum 因为 local_sum 不是 int* 转换为 void*。 local_sum 是 int 转换为 void*。它是一个重新解释为地址的数字，但仅用于传输目的，因为pthread_exit 只允许您返回void*，而不是int，并且因为标准明确允许实现定义的转换（6.3.2.3p5，@ 987654322@) 在整数和数字之间，只要值合适（如果不合适，则 UB）。如果你返回，例如0x42，那么地址0x42 处不太可能有任何东西，所以你应该忘记取消引用它，而是应该尽快将它转换回整数，或者使用(int)local_sum;，或者使用(int)local_sum; 可能更好(int)(intptr_t)local_sum;（虽然intptr_t 不保证存在）或（也许是最好的）(int)(intmax_t)local_sum;，以避免在 LP64 平台上转换为不同大小的整数时可能出现的编译器警告。

【参考方案3】：

一个安全且可移植的解决方案可能是使用联合：

union void_cast 
    void* ptr;
    int value;
;

然后，例如，您可以安全地重新解释 void* 指针：

int VOID_TO_INT(void* ptr) 
    union void_cast u;
    u.ptr = ptr;
    return u.value;


void* INT_TO_VOID(int value) 
    union void_cast u;
    u.value = value;
    return u.ptr;

所以你的代码可以改成：

sum += VOID_TO_INT(local_sum);

【讨论】：

无论字节顺序如何，转换都应该有效。在一个（非常理论上的）大端机器上，整数是指针宽度的一半，联合方法将无法提取值，而强制转换则不应该。