使用 void 指针在 C 中进行泛型编程答案

【问题标题】：generic programming in C with void pointer使用 void 指针在 C 中进行泛型编程
【发布时间】：2011-01-28 04:13:49
【问题描述】：

尽管可以使用 void 指针（通用指针）在 C 中编写通用代码，但我发现调试代码非常困难，因为 void 指针可以采用任何指针类型而不会收到编译器的警告。（例如，函数 foo() 采用 void 指针，它应该是指向结构的指针，但如果传递了 char 数组，编译器不会抱怨。）在 C 中使用 void 指针时，你们都使用了什么样的方法/策略？

【问题讨论】：

如果这是一个仅限 C 的问题，请删除 C++ 标记
嗯...“当我用锤子敲击我的手指时会很痛。用锤子敲击身体部位时你使用什么方法？”
如果你认为使用 void * 的 C 泛型编程可以优雅/好用，看看你必须做什么才能使用 qsort 函数...
使用 C++ 模板不是一个可行的选择吗？如果您担心泛型编程，您绝对应该考虑一下。
我在使用 C 的泛型编程领域做了一些研究。我在这篇文章中总结了我的所有发现：andreinc.net/2010/09/30/generic-data-structures-in-c 也许它会有所帮助。

标签： c generics pointers

【解决方案1】：

这可能会有所帮助：

comp.lang.c FAQ list · Question 4.9

问：假设我想编写一个将通用指针作为参数的函数，并且我想模拟通过引用传递它。我可以给形参类型void **，然后做这样的事情吗？

void f(void **);
double *dp;
f((void **)&dp);

A：不便携。像这样的代码可能有效并且有时被推荐，但它依赖于具有相同内部表示的所有指针类型（这是常见的，但不是通用的；参见问题 5.17）。

在 C 中没有泛型指针到指针类型。 void * 充当泛型指针只是因为当其他指针类型分配给 void * 或从 void * 分配时会自动应用转换（如果需要）；如果尝试间接指向指向除 void * 之外的指针类型的 void ** 值，则无法执行这些转换。当您使用 void ** 指针值时（例如，当您使用 * 运算符访问 void ** 指向的 void * 值时），编译器无法知道该 void * 值是否曾经从其他一些指针类型转换而来。它必须假定它只不过是一个 void *；它不能执行任何隐式转换。

换句话说，您使用的任何 void ** 值都必须是某处实际 void * 值的地址；像 (void **)&dp 这样的强制转换，虽然它们可能会关闭编译器，但它们是不可移植的（甚至可能无法执行您想要的操作；另请参见问题 13.9）。如果 void ** 指向的指针不是 void *，并且如果它的大小或表示与 void * 不同，那么编译器将无法正确访问它。

要使上面的代码片段正常工作，您必须使用中间 void * 变量：

double *dp;
void *vp = dp;
f(&vp);
dp = vp;

与 vp 之间的分配使编译器有机会在必要时执行任何转换。

同样，到目前为止的讨论假设不同的指针类型可能具有不同的大小或表示，这在今天是罕见的，但并非闻所未闻。为了更清楚地理解 void ** 的问题，请将这种情况与涉及类型 int 和 double 的类似情况进行比较，它们可能具有不同的大小并且当然具有不同的表示。如果我们有一个函数

void incme(double *p)
{
    *p += 1;
}

然后我们可以做类似的事情

int i = 1;
double d = i;
incme(&d);
i = d;

并且 i 将增加 1。（这类似于涉及辅助 vp 的正确 void ** 代码。）另一方面，如果我们要尝试类似

int i = 1;
incme((double *)&i);    /* WRONG */

（此代码类似于问题中的片段），它极不可能工作。

【讨论】：

【解决方案2】：

我们都知道 C 类型系统基本上是垃圾，但尽量不要那样做……你仍然有一些选择来处理泛型类型：联合和不透明指针。

无论如何，如果泛型函数将 void 指针作为参数，它不应该尝试取消引用它！

【讨论】：

【解决方案3】：

解决方案是不要使用void*，除非你真的、真的必须这样做。实际需要 void 指针的地方非常小：线程函数的参数，以及其他一些需要通过泛型函数传递特定于实现的数据的地方。在每种情况下，接受 void* 参数的代码应该只接受通过 void 指针传递的一个数据类型，并且该类型应该记录在 cmets 中，并被所有调用者严格遵守。

【讨论】：

OP 特别提到了泛型编程，这是 void* 的一个很好的用例（在没有模板或漂亮宏等高级语言工具的情况下。）
我的意思是，例如，qsort() 和 bsearch()
@Matt、qsort 和 bsearch 是“通过通用函数实现特定数据”的示例。
@JS：是的，当你在做泛型编程时，你需要做的地方的数量接近于一辆满载的卡车而不是少数;-)

【解决方案4】：

方法/策略是尽量减少使用 void* 指针。在特定情况下需要它们。如果你真的需要传递 void* 你也应该传递指针目标的大小。

【讨论】：

【解决方案5】：

这个通用交换函数将帮助您理解通用 void *

#include<stdio.h>
void swap(void *vp1,void *vp2,int size)
{
        char buf[100];
        memcpy(buf,vp1,size);
        memcpy(vp1,vp2,size);
        memcpy(vp2,buf,size);  //memcpy ->inbuilt function in std-c
}

int main()
{
        int a=2,b=3;
        float d=5,e=7;
        swap(&a,&b,sizeof(int));
        swap(&d,&e,sizeof(float));
        printf("%d %d %.0f %.0f\n",a,b,d,e);
return 0;
}

【讨论】：

【解决方案6】：

Arya 的解决方案可以稍作改动以支持可变大小：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

void swap(void *vp1,void *vp2,int size)
{
  char buf[size];
  memcpy(buf,vp1,size);
  memcpy(vp1,vp2,size);
  memcpy(vp2,buf,size);  //memcpy ->inbuilt function in std-c
}

int main()
{
  int array1[] = {1, 2, 3};
  int array2[] = {10, 20, 30};
  swap(array1, array2, 3 * sizeof(int));

  int i;
  printf("array1: ");
  for (i = 0; i < 3; i++)
    printf(" %d", array1[i]);
  printf("\n");

  printf("array2: ");
  for (i = 0; i < 3; i++)
    printf(" %d", array2[i]);
  printf("\n");

  return 0;
}

【讨论】：