为啥我可以将 static_cast void* 转换为 int* 而不能转换为 int*&？

Posted 2023-02-21

【中文标题】为啥我可以将 static_cast void* 转换为 int* 而不能转换为 int*&？

【英文标题】：Why can I static_cast void* to int* but not to int*&?为什么我可以将 static_cast void* 转换为 int* 而不能转换为 int*&？

【发布时间】：2018-02-18 18:36:35

【问题描述】：

API 使用void* 来存储无类型指针偏移量。这有点hacky，但没关系。

为了表达我的偏移算法，我尝试做这样的事情

int main ()

    void * foo;

    foo = static_cast <int *> (nullptr) + 100;

    static_cast <int * &> (foo) += 100;

最后一行编译失败（gcc）

x.cpp:7:28: error: invalid static_cast from type ‘void*’ to type ‘int*&’

修复很简单：

foo = static_cast <int *> (foo) + 100;

但是为什么不允许第一个呢？

在你回答“因为标准这么说”之前，为什么标准这么说？第一种方法有什么危险吗？还是只是疏忽？

【问题讨论】：

理论上，不能保证void*和int*的大小相同。作为左值，它们可能不兼容。虽然这在实践中是不可能的。

@liliscent：在实践中，int* 需要的位比void* 少，因此虽然可能很少见，但它们实际上是不同的大小并非不可能（相对于有几个未使用/填充位在int*)

【参考方案1】：

不允许使用与不允许使用 int i; static_cast<long &>(l) = 3L; 相同的原因。

当然，在很多实现中（int 和 long 具有相同的大小、表示和对齐方式），它可以工作。但是对于所有实现来说，强制转换的有效规则几乎都是相同的，显然这在int 和long 具有不同大小的平台上永远不会起作用，这意味着不可能允许访问一个作为另一个那些平台。

从历史上看，void * 和 int * 有不同的表示形式。

后来，在标准声明像访问void * 一样访问int * 是无效的之后，实现也开始在有效程序不这样做的假设下进行优化：

void *f (void **ppv, int **ppi) 
  void *result = *ppv;
  *ppi = nullptr;
  return result;

允许实现将其优化为

void *f (void **ppv, int **ppi) 
  *ppi = nullptr;
  return *ppv;

当它们减少代码大小或提高效率时，这些优化现在很常见。如果允许f 被称为void *pv = &pv; f (pv, &static_cast<int*&>(pv));，则此优化将无效。由于此类优化已被证明是有用的，因此规则不太可能改变。

【讨论】：

最后一个例子确实很有说服力，以前我认为这些差异只是理论上的。经过 clang 测试，这种优化甚至针对 -O1。

很好的答案，谢谢。但是为什么我的x=static_cast<int*>(x)+n 修复也不被禁止？

@spraff 这就像int i = 3; i = static_cast<long>(i) + 1L;。那里没有对位的重新解释，只有值的转换。即使void * 和int * 有不同的表示，那么static_cast<int*>(x) 将改变表示，n 将被添加，隐式转换回void * 将改变表示。