void* 指针和指向某些结构（布局）的指针是否兼容？

Question

换句话说，我可以重新解释（不是转换！）void* 指针作为指向某种结构类型的指针（假设 void* 指针确实保存正确转换的有效结构地址）

其实我对以下场景很感兴趣：

typedef struct void_struct void_struct_t;

typedef somestruct
{ 
    int member;
    // ... other members ...
}somestruct_t;

union 
{
    void*          pv; 
    void_struct_t* pvs; 
    somestruct_t*  ps; 
}u;

somestruct_t s={};

u.pv= &s;

u.ps->member=1; // (Case 1)  Ok? unspecified? UB? 

u.pvs=(void_struct_t*)&s;

u.ps->member=1;  // (Case 2) )Ok?

我在 C11 标准中的发现对于案例 1 来说是相当令人失望的：

§6.2.5

28 指向 void 的指针应具有与 指向字符类型的指针。[脚注：相同的表示和对齐要求 意味着可互换性作为函数的参数，返回值来自 函数和联合成员。] 同样，指向合格或不合格的指针 兼容类型的版本应具有相同的表示和对齐方式 要求。所有指向结构类型的指针都应具有相同的表示和 对齐要求彼此。所有指向联合类型的指针都应具有相同的 表示和对齐要求。指向其他类型的指针不需要 具有相同的表示或对齐要求。

不过，案例 2 似乎是有效的，但我不能 100% 确定...

这个问题主要是面向 C 的，但我对 C++ 也很感兴趣（我希望代码在由 C++ 编译器编译时有效）。老实说，我在 C++11 标准中发现的甚至更少，所以即使案例 2 对我来说似乎也有问题……但是，我可能遗漏了一些东西。

[编辑] 这个问题背后的真正问题是什么？

我有一组（可能很大）定义为结构的类型。 对于每种类型，我需要定义一个伴随类型：

typedef struct companion_for_sometype
{
  sometype* p_object;
  // there are also other members
}companion_for_sometype;

显然，伴生类型将是 C++ 中的模板，但我需要 C 的解决方案 （更准确地说，对于“干净的 C”，即 C89 和 C++ 的交集，因为我希望我的代码也是有效的 C++ 代码）。

幸运的是，即使在 C 中也不是问题，因为我可以定义一个宏

DECLARE_COMPANION(type_name) typedef struct companion_for_##type_name
{
  type_name* p_object;
  // there are also other members
}companion_for_##type_name;

只需为需要伴侣的每种类型调用它。

还有一组对伴随类型的通用操作。 这些操作也由宏定义（因为在纯 C 中没有重载）。

其中一个操作，比如说

#define op(companion_type_object) blablabla

应该将void* 指针分配给伴随对象的p_object 字段， 即应该做这样的事情：

(companion_type_object).p_object= (type_name*) some_function_returning_pvoid(..)

但是宏不知道 type_name（只有一个伴生类型的 object 被传递给宏） 所以宏不能做适当的指针转换。

这个问题其实是受这个问题启发的。

为了解决这个问题，我决定将赋值中的目标指针重新解释为 void*，然后赋值给它。 可以通过用指针联合替换伴随声明中的指针来完成 （问题是关于这种情况），或者可以直接重新解释目标指针，例如：

*(void**) &(companion_type_object).p_object= some_function_returning_pvoid(..)

但如果不重新解释指针，我找不到任何解决方案（虽然我可能错过了一些可能性）

Answer 1

void * 是一个可以保存任何对象指针类型的指针，包括所有指向结构类型的指针。因此，您可以将任何指向结构类型的指针分配给void *。

但 void * 和指向结构类型的指针不能保证具有相同的表示，因此您的案例 1 是未定义的行为。

(C11, 6.2.5p28) "[...] 指向其他类型的指针不必相同 表示或对齐要求。”

Answer 2

在 C 中，void * 自动转换为任何对象类型，所以这将起作用：

(companion_type_object).p_object = some_function_returning_pvoid(..)

在 C++ 中，您需要使用 static_cast，但您可以使用 decltype 找出所需的类型：

(companion_type_object).p_object = 
    static_cast<decltype(*(companion_type_object).p_object) *>(
        some_function_returning_pvoid(..))

在 C++03 中，您应该能够使用一些等效于 decltype 的编译器扩展。或者，您可以在companion_type_object 上提供一个宏生成的方法，将void * 转换为适当的类型：

static type_name *void_p_to_object_p(void *p) { return static_cast<type_name *>(p); }
...
(companion_type_object).p_object = companion_type_object.void_p_to_object_p(
    some_function_returning_pvoid(..))