编译器能否将 `execl(prog, arg, (void*) 0)` 中的 `(void *) 0` 转换为适当类型的空指针？答案

【问题标题】：Can the compiler cast `(void *) 0` in `execl(prog, arg, (void*) 0)` to a null pointer of the appropriate type?编译器能否将 `execl(prog, arg, (void*) 0)` 中的 `(void *) 0` 转换为适当类型的空指针？
【发布时间】：2019-02-11 04:45:10
【问题描述】：

来自 Linux 编程接口

execl(prog, arg, (char *) 0);
execl(prog, arg, (char *) NULL);
以上面最后一次调用的方式投射 NULL 是通常需要，甚至在NULL 的实现上定义为(void *) 0。

这是因为，尽管 C 标准要求空指针不同类型的比较应该测试真以进行相等性比较，它们不要求不同类型的指针具有相同的内部表示（尽管在大多数实现中它们都这样做）。
而且，在可变参数函数中，编译器不能转换(void *) 0 指向适当类型的空指针。

C 标准对指针的规则做了一个例外不同类型的不需要有相同的表示：指针 char * 和 void * 类型必须具有相同的内部代表。这意味着通过(void *) 0 而不是(char *) 0 在示例情况下不会有问题 execl()，但在一般情况下，需要演员表。

“一般需要按照上面最后一次调用的方式投射NULL”

C 标准是否要求空指针与(char*) 0 表示相同？
“在 execl() 等可变参数函数中，编译器无法将 (void *) 0 强制转换为适当类型的空指针。”

(void *) 0 不是某个类型的空指针吗？

如果是，为什么编译器不能将execl(prog, arg, (void*) 0) 中的(void *) 0 转换为“适当类型的空指针”？
“char * 和void * 类型的指针必须具有相同的内部表示。这意味着在execl() 的示例情况下传递(void *) 0 而不是(char *) 0 不会有问题” .

编译器现在可以将execl(prog, arg, (void*) 0) 中的(void *) 0 转换为“适当类型的空指针”吗？

为什么它与我第 2 点中的引用相矛盾？
对于非可变函数调用，例如sigaction(SIGINT, &sa, (int*) 0)，编译器能否将(int *) 0 转换为“适当类型的空指针”？

谢谢。

【问题讨论】：

阅读：stackoverflow.com/questions/25381610/…
请注意，C 不是唯一的相关标准：execl() 和 sigaction() 定义在 POSIX.1-2008 标准中，也称为 IEEE Std 1003.1-2008。考虑添加posix 标签。
我相信 POSIX 需要这个才能工作，但我在移动设备上，手头没有引用。
惊人的问题！！我在阅读时遇到了同样的问题

标签： c pointers posix null-pointer

【解决方案1】：

首先，编译器在任何情况下都不会“强制转换”。强制转换是源代码中请求转换的语法结构。

我假设当您谈论“编译器转换”时，您的意思是谈论 隐式转换，这是一种类型的值可以转换为另一种类型的值的过程，没有演员表操作员。

该标准精确地指定了可以应用隐式转换的上下文；必须始终有一个目标类型。例如，在代码int x = Y; 中，表达式Y 可以是某种不是int 的类型，但它定义了到int 的隐式转换。

除了default argument promotions 之外，没有对原型的... 部分对应的函数参数应用隐式转换。对于指针值，默认参数提升保持不变。

您的问题的一个共同点似乎是编译器应该以某种方式假装execl 的行为就像最后一个参数有一个原型一样。但实际上没有，编译器对特定函数没有任何神奇的行为。你通过的就是你得到的。

标准规定表达式(char *)0 的值为空指针。它没有说明空指针的表示，并且可能有多个不同的表示都是空指针。
execl 函数规范说参数列表应该以(char *)0 结尾，它是char * 类型的值。 void * 类型的值不是 char * 类型的值，并且如上所述在此上下文中没有隐式转换。
仍然没有隐式转换；您引用的文字是说您可以在这种特定情况下使用错误的类型参数（没有原型参数；预计char *，但提供void *，反之亦然）。
那将是未定义的行为，您在第 3 点中引用的文本不适用于int *。
sigaction 函数有原型；有问题的参数是struct sigaction *oldact。当您尝试使用不同类型的值初始化原型参数（或任何变量）时，会尝试隐式转换为参数的类型。存在从任何空指针值到不同类型的空指针值的隐式转换。此规则在 C11 6.3.2.3/4 中。这样代码就OK了。

【讨论】：

@EricPostpischil 尽管可以作为函数参数互换，但它们具有不同的类型...... OP的问题2不是很清楚，我会尝试改写我对那部分的回答
标准规定表达式(char *)0 的值为空指针。 是吗？ 6.3.2.3 Pointers, p3 声明“一个值为 0 的整数常量表达式，或这种类型转换为 void * 的表达式，称为空指针常量。......”我不明白 ( char * ) 0 是如何适合那里的。这是一个值为 0 的整数常量表达式，但它被强制转换为 char *。
@AndrewHenle 你把 null pointer constant 和 null pointer 混为一谈了。 (char *)0 是一个空指针和一个地址常量，但不是一个空指针常量！
这就是我的观点 - (char *)0 不是空指针常量。 6.3.2.3p3 的第二部分开始“如果将空指针常量转换为指针类型......”。由于(char *)0 不是空指针常量，它是如何成为空指针的呢？我会说这不是获取空指针的严格一致的方法，尽管它可能会起作用。尽管我对它实际上是一个空指针的解释持开放态度，因为 C 标准的那部分的意图是验证假设 0 是空指针的糟糕代码。
@AndrewHenle 演员表是一种显式转换。强制转换运算符的操作数被转换为括号中的类型。 (C11 6.5.4/5)。您引用的文本并非无关紧要，您似乎又将 null pointer constant 与 null pointer 混淆了。 (void *)0 是一个空指针和一个空指针常量。 (char *)0 是空指针，而不是空指针常量。

【解决方案2】：

从 C99 开始，the specification of va_arg 部分读取

如果[作为参数传递给va_arg的类型]与实际下一个参数的类型不兼容（根据默认参数提升），则行为未定义，但以下情况除外：

一种是有符号整数类型，另一种是对应的无符号整数类型，值在两种类型中都可以表示；

一种类型是指向 void 的指针，另一种是指向字符类型的指针。

第二个要点意味着，对于任何使用va_arg 访问其参数的可变参数函数，调用形式为

variadic_function("a", "b", "c", (void *)0);

任何时候都有效

variadic_function("a", "b", "c", (char *)0);

本来可以的。

不幸的是，有一个问题：我找不到任何要求可变参数标准库函数¹ [表现得好像他们] 通过向va_arg 拨打一系列电话。你可能在想，好吧，他们还能怎么做呢？在实践中它是va_arg 或手写汇编语言，也许委员会不想要求手写汇编语言完全等效，但我不会担心。

所以你引用的书在技术上是不正确的。但是，我还是会写

execl(prog, arg, (char *) NULL);

如果我首先要使用 NULL（我通常更喜欢使用 0 作为空指针常量），因为您不应该编写依赖 NULL 扩展为的代码((void *)0)，和

execl(prog, arg, 0);

无疑是不正确的。例如，execl 在int 为 32 位、char * 为 64 位且int 数量没有符号或零扩展为 64 的任何 ABI 上都不会从该 0 接收空指针作为变量参数列表的一部分传递时的位。

¹execl 不是 C 标准的一部分，但它是 POSIX 标准的一部分，任何首先提供execl 的系统都是可能至少符合 POSIX 的一个子集。可以假设 C 标准的所有clause 7.1.4 也适用于 POSIX 指定的函数。

【讨论】：

【解决方案3】：

1）C标准是否要求空指针与(char*) 0一样表示

是的，因为空指针常量的类型为 void *，并且因为 void * 和 char * 具有相同的表示形式。

这在C standard的第6.3.2.3p3节中有详细说明：

值为 0 的整数常量表达式，或者这样的将表达式转换为 void * 类型，称为空指针常量。

以及第 6.2.5p28 节：

指向 void 的指针应具有相同的表示形式和对齐要求作为指向字符类型的指针。 ⁴⁸⁾

...

48) 相同的表示和对齐要求是意味着可互换性作为函数的参数，从函数和联合成员返回值。

2) (void *) 0 不是某个类型的空指针吗？如果是，为什么不能编译器将 execl(prog, arg, (void*) 0) 中的 (void *) 0 转换为 "a null 适当类型的指针”？

它是一个类型的空指针，该类型是void *。

execl的定义是：

int execl(const char *path, const char *arg, ...);

因此它不能将第三个参数转换为适当的类型，因为它不知道适当的类型是什么，但这并不重要，因为 void * 和 char * 在 6.2.4p28 和脚注中是可互换的48 如上所述。

3) 编译器能否将(void *) 0 转换为execl(prog, arg, (void*) 0) 现在到“适当类型的空指针”？为什么它与我第 2 点中的引用相矛盾？

它仍然无法转换，因为它不知道合适的类型是什么。但同样，这并不重要，因为 void * 和 char * 可以互换。

4) 如果我将 execl(prog, arg, (void*) 0) 中的 (void *) 0 替换为 0 到任何类型的指针，例如(int *) 0，编译器能否将execl(prog, arg, (int*) 0) 中的(int *) 0 转换为“适当类型的空指针”？

不，因为它也不知道合适的类型是什么。在这种情况下，如果 int * 和 char * 没有相同的表示，您可能会遇到问题。

5) 对于非可变函数调用，例如在sigaction(SIGINT, &sa, (int*) 0) 中，编译器可以将(int *) 0 转换为“适当类型的空指针”吗？

是的，因为(int *)0 是一个空指针，而且空指针可以转换为任何其他指针。

【讨论】：

"因为空指针常量的类型为 void *," - 0 也是一个空指针常量，类型为 int
@EricPostpischil IMO C11 6.2.5p28（带脚注 48）试图说 char * 和 void * 在这种情况下可以互换使用。我想不出这句话有任何其他可能的含义或解释。
@EricPostpischil 我个人将遵循 6.2.5p28 所表达的意图，毕竟该标准的目的是编纂一组预期的规则，我认为很明显它们旨在互换性在这里，即使 6.5.2.2/6 的措辞出现矛盾。
C89 中没有，但在 C99 和 C11 中，va_arg 的定义包含一个语句，当调用者通过 void * 时，特别允许 va_arg (ap, char *)，反之亦然 (@987654322 @，第二个要点）。这足以让我认可 M.M 的解释。然而，我认为，在这种情况下应该写(char *)0 或(char *)NULL，只是因为人们不应该依赖具有特定定义的NULL。
是的，因为(int *)0是一个空指针 是吗？根据6.3.2.3, p3：“值为0 的整数常量表达式，或转换为void * 类型的表达式称为空指针常量。...”(int *)0 不是(void *)0。

【解决方案4】：

AFAI 了解 default argument promotion 应用于var-args functions，除了指针，它们保持原样（zwol 的示例也支持¹）。因此，当 0 传递给有点 var-args 函数时，例如exec() family，它被识别为朴素的整数0 代替空指针。顺便说一句，execl(prog, arg, 0); 可以在空指针的内部表示和整数 0 的内部表示相同但不是强制性的系统上工作。

execl(prog, arg, NULL); 也可能会在以下情况下无意中工作

如果NULL在系统上定义为整数0，上述应用了解释。
如果在系统上将NULL 定义为空指针常量，则为 (void*)0，虽然在可变参数函数中，编译器 不能转换 (void*)0 指向适当类型的空指针，即使从 C 标准说char* 和void* 必须具有相同的内部代表。

更多信息，请查看here。来自here 的其他示例。

¹ 例如，execl 在int 是 32 位、char * 是 64 位和 int 的任何 ABI 上都不会从该 0 接收空指针当作为变量参数列表的一部分传递时，数量不会符号或零扩展到 64 位。

【讨论】：