C++中指针的强制转换

转自：https://blog.csdn.net/u012273127/article/details/53260978

其又转自：http://blog.csdn.net/mhjcumt/article/details/7355127

本博文转载目的：对格式做调整，并在某处加以个人理解做个笔记。

一、指针地址的本质和存储

二、指针的转换

三、万能指针

四、指针强制转换的实例分析：

五、总结

一、指针地址的本质和存储

在C++中所有的指针地址的大小都是固定的，也就都是4个字节的大小，地址的本质就是一串0和1的机器代码。任何一个变量都必须占有一个地址，而这个地址空间内的0-1代码就是这个变量的值。不同的数据类型占有的空间大小不一，但是他们都必须有个地址，而这个地址就是硬件访问的依据，而名字只是提供给程序员的一种记住这个地址的方便一点的方法。但是，不同的变量在机器中都是0-1代码，所以，我们不能简单的通过检查一个值的位来判断它的类型。

例如，定义如下：

int a;
float b;
double c;
long double d

(假设它们所占的字节分别是4、8、8、10，而且连续存储于某个地址空间，起始地址是100，则我们可以得到如下内存分布)

1）a变量就是由以地址100开始到103结束的4个字节内存空间内的0-1代码组成。

2）b变量则是由以地址104开始到112结束的8个字节内存空间内的0-1代码组成。

而在机器中，这些内存都是连续的0-1代码，机器并不知道100~103是整型而104~111是float型，所有这些类型都是编译器告知的。当我们用a时，由于前面把a定义为int型，则编译器知道从a的地址开始向后取4个字节再把它解释成int型。那么(float)a，就是先按照int类型取出该数值，再将该数值按照int to float的规则转换成float型。

注意：指针地址只指向数据存储的内存的位置，具体变量的类型有编译器告知。

二、指针的转换

指针占据一个4个字节的地址空间（由于程序的寻址空间是2^32次方，即4GB，所以用4个字节表示指针就已经能指向任何程序能够寻址到的空间了，所以指针的大小为4字节），他的值是另一个东西的地址，这个东西可以是普通变量，结构体，还可以是个函数等等。由于，指针的大小是4字节，所以，我们可以将指针强制转换成int型或者其他类型。同样，我们也可以将任何一个常数转换成int型再赋值给指针。所有的指针所占的空间大小都是4字节，他们只是声明的类型不同，他们的值都是地址指向某个东西，他们对于机器来说没有本质差别，他们之间可以进行强制类型转换。

指针 to 指针的强制类型转换是指将指针所指的内容的类型由原先的类型转换为后面的类型：即进行变量解释的时候，解释的类型变化

int a = 1;
int *p = &a;
float *p1 = (float*)p;

p和p1的值都是&a，但是*p是将&a地址中的值按照int型变量进行解释，而*p1则是将&a地址中的值按照float型变量进行解释。

三、万能指针

鉴于指针之间这种灵活的强制类型转换的需求和出于简化代码的考虑，ANSI C引入了空指针即void*。void指针又名万能指针，在现在的很多程序中，当参数不确定时就用万能指针代替，这一类的指针在线程\进程函数里特别常见。

ANSI C规定，void指针可以复制给其他任意类型的指针，其他任意类型的指针也可以复制给void指针，他们之间复制不需要强制类型转换。当然任何地址也可以复制给void型指针。

当然，在某些编译器中不同类型的指针也可以进行直接赋值，但一般情况下会给出类型不匹配的警告。要求程序员显示的给出指针强制类型转换可以提醒程序员小心使用指针，对于明确程序目的具有一定的好处。

1、指针类型强制转换：

int m;
int *pm = &m;
char *cp = (char *)&m;

结果：pm指向一个整型，cp指向整型数的第一个字节。

struct str1 a;
struct str2 b;
a=(struct str1) b; //this is wrong
a=*((struct str1*)&b); //this is correct

结果：实现结构体之间的强制转换

举个例子：（这个程序能看懂说明对指针和内存之间关系还是比较熟悉的）

int main(void)
{int a[4] = {1, 2, 3, 4};int *ptr1=(int *)(&a+1);int *ptr2=(int *)((int)a+1);int *c = *(a + 1);printf("%x, %x,%x\n", ptr1[-1], *ptr2,*c);return 0;
}

输出分别为4 和2000000,2

详细解释如下：

1）&a+1

式子&a+1表示的是指针加法运算，而不是普通的数值加法运算。（因为是先取地址，然后再运算）

vs2008下，其中a = 0x001bfc18； (&a + 1) = 0x001bfc28

&a + 1 的值取决于a的类型。

PS：&a的值为0xFFFF5700

如果a申明int a; 则&a + 1 = 0xFFFF5704（这里的1并不是简单的数字1，代表的是int所占的字节大小）
如果 int a(ArryLen); 则&a + 1 = 0xFFFF5700 + 4 * ArryLen <> a + 1

2）（int *）（（int）a + 1）

a 表示数组的起始地址，（int ） a 表示将a的地址转化为一个整形数，（int）a + 1 表示普通的数值加法运算。【即指向下一个字节类型】

（int *）（（int）a + 1）表示把（int ）a + 1转化为整型指针的地址。该地址指向数组a（0）的第一个字节（从0计数），因为是int型的所以需要四个字节的解释，所以结果是a（0）的后三个字节和a（1）的第一个字节组成的值，该值受大小端的影响。

3）*(a + 1)

此时的a已经是一个常指针了，这个表达式计算出a所指向元素后面的第2个元素的地址，然后对它解引用得到相应的值。这个表达式等价于int last = a[1]

四、指针强制转换的实例分析：

int n1 = 100;
int* pn = &n1;
float* p = NULL;
p = (float*)pn;
cout << pn << endl;
cout << *pn << endl;
cout << *p << endl;

输出结果为：

解释：

1）int指针和float指针的大小都是4字节

2）pn指向n1，地址是0095FC9C

3) *pn是将0095FC9C地址中的内容按照int类型进行变量解释

4）p = （float*) pn;强制转换。即将0095FC9C地址中的内容按照float型进行变量解释。

五、总结

综上所述： 指针强制转换仅仅是将地址后的内容按照不同的类型进行变量解释和读取。（但是如果强制转换的指针所指向数据的字节数不一样，会存在数据错误。

比如：一个指向char型数据的指针p，p指向的内容只有一个字节，*p是将地址后面的一个字节的内容按照char进行解读取；但是如果将其强制转换成int型指针*pn，*pn将地址后面的四个字节的内容按照int进行解读取，这样就会多读了后面的内存，出现错误。