printf("%p") 並轉換為 (void *)

Question

在最近的一個問題中，有人提到在使用 printf 打印指針值時，調用者必須將指針強制轉換為 void *，如下所示：

int *my_ptr = ....

printf("My pointer is: %p", (void *)my_ptr);

對於我的生活，我無法弄清楚為什么。 我發現了這個問題，這幾乎是一樣的。 問題的答案是正確的 - 它解釋了整數和指針的長度不一定相同。

這當然是真的，但是當我已經有一個指針時，就像上面的例子一樣，為什么我應該從int *為void * ？ 什么時候 int * 與 void * 不同？ 事實上， (void *)my_ptr什么(void *)my_ptr生成任何不同於my_ptr機器代碼？

更新：多個知識淵博的響應者引用了該標准，稱傳遞錯誤的類型可能會導致未定義的行為。 如何？ 我希望printf("%p", (int *)ptr)和printf("%p", (void *)ptr)生成完全相同的堆棧幀。 兩個調用何時會生成不同的堆棧幀？

Answer 1

%p轉換說明符需要一個void *類型的參數。 如果您不傳遞類型為void *的參數，則函數調用會調用未定義的行為。

來自 C 標准（C11，7.21.6.1p8 格式化輸入/輸出函數）：

“p - 參數應是指向 void 的指針。”

C 中的指針類型不需要具有相同的大小或相同的表示形式。

具有不同指針類型表示的實現示例是 Cray PVP，其中指針類型的表示對於void *和char *為 64 位，但對於其他指針類型為 32 位。

請參閱“Cray C/C++ 參考手冊”，“9.1.2.2”中的表 3.http://docs.cray.com/books/004-2179-003/004-2179-003-manual.pdf

Answer 2

在 C 語言中，所有指針類型的表示形式都可能不同。 所以，是的， int *與void *不同。 一個能夠說明這種差異的現實平台可能很難（或不可能）找到，但在概念層面上，差異仍然存在。

換句話說，在一般情況下，不同的指針類型有不同的表示。 int *與void *不同，也與double *不同。 就 C 語言而言，您的平台對void *和int *使用相同的表示形式這一事實只不過是巧合。

該語言聲明某些指針類型需要具有相同的表示形式，其中包括void *與char * ，指向不同結構類型的指針，或者說， int *和const int * 。 但這些只是一般規則的例外。

Answer 3

其他人已經充分解決了將int *傳遞給具有固定數量參數的原型函數的情況，該函數需要不同的指針類型。

printf不是這樣的函數。 它是一個可變參數函數，因此默認參數提升用於其匿名參數（即格式字符串之后的所有內容），如果每個參數的提升類型與格式效應器預期的類型不完全匹配，則行為未定義。 特別是，即使int *和void *具有相同的表示，

int a;
printf("%p\n", &a);

有未定義的行為。

這是因為調用框架的布局可能取決於每個參數的確切具體類型。 為指針和非指針類型指定不同參數區域的 ABI 在現實生活中已經出現（例如，摩托羅拉 68000 希望您盡可能將指針保留在地址寄存器中，將非指針保留在數據寄存器中）。 我不知道有任何現實世界的 ABI 隔離了不同的指針類型，但這是允許的，聽到一個我也不會感到驚訝。

Answer 4

c11: 7.21.6 格式化輸入/輸出函數 (p8)：

p參數應是指向void的指針。 指針的值以實現定義的方式轉換為打印字符序列。

Answer 5

實際上，除了古老的大型機/小型機外，不同的指針類型極不可能具有不同的大小。 但是，它們具有不同的類型，並且根據printf的規范，使用格式說明符的錯誤類型參數調用它會導致未定義的行為。 這意味着不要這樣做。

Answer 6

回答問題：

兩個調用何時會生成不同的堆棧幀？

編譯器可能會注意到行為未定義，並發出異常、非法指令等。編譯器不需要嘗試生成堆棧幀、函數調用或其他任何東西。

有關編譯器在 UB 的另一種情況下執行此操作的示例， 請參見此處。 它不是生成帶有空參數的尊重指令，而是生成ud2非法指令。

當根據語言標准未定義行為時，對編譯器的行為沒有要求。

Answer 7

使用 printf 打印指針值時，調用者必須將指針強制轉換為 void *

對於所有指針，即使強制轉換為void *也不夠。

C 有兩種指針：指向對象的指針和指向函數的指針。

任何對象指針都可以毫無問題地轉換為void* ：

printf("My pointer is: %p", (void *)my_ptr); // OK when my_ptr points to an object

未定義指向函數的指針到void *轉換。

考慮 2021 年的系統，其中void *是 64 位，函數指針是 128 位。

---

C 確實指定（我的重點）

任何指針類型都可以轉換為整數類型。 除了前面指定的之外，結果是實現定義的。 如果結果不能以整數類型表示，則行為未定義。 結果不必在任何整數類型的值范圍內。 C17dr § 6.3.2.3 6

要打印函數指針可以嘗試：

printf("My function pointer is: %ju", (uintmax_t) my_function_ptr); // Selectively OK

---

C 缺少真正通用的指針，也缺少打印函數指針的干凈方法。