[心得] 轉型、指標、enum 跟 handle

看板C_and_CPP作者LPH66 (f0VMRgEBA)時間12年前 (2013/08/26 23:14)推噓7(7推 0噓 39→)

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看到上面我那篇回文下面討論的盛況(?) 再加上這篇上面的 enum 那篇文章我想我要來講一些寫這麼多年程式以來我所認知到的東西了不過因為東西還不少標題有點難下只好這樣把要講的東西的關鍵字拿上來排 XD --- 說到底一支程式編成二進位碼之後不管程式裡到底寫了些什麼高階功能最終終究是變成二進位的零與壹到了這個層級一個值究竟會被拿去做什麼運算其實沒人會管差別只在於這個運算跟它的結果對於要來讀取這個值的人／機器來說代表什麼意義而已那麼一支程式裡變數的"型別"其實就只是代表著「這些零與壹要怎麼讀以及它們要怎麼運算」的記號而已因此有些操作對有些型別的變數來說沒有意義例如拿一個指標去乘上別的東西這種操作除非人為定義不然它怎麼看都不會有意義 (這裡先不談一些程式語言理論裡的那種「型別」那個是比較抽象一點的東西不過不是這裡想聊的) 但是有的時候我們為了要能讓一個某型別的值使用另一種型別的運算必須要在各種型別之間進行轉換 (也許是只有另一個型別才能做某些事也許是另一個型別提供了不一樣的限制等等) 這個想法就是產生高階語言裡稱做「轉型」這個操作的原始動機但是說起使用另一種型別的運算以機器語言／組合語言裡的角度來看直接把這些位元的排列拿去做另一種運算也是一種「使用另一種運算」但以高階語言的角度來看這其實就成了位元意義上的轉變由於值也可能一併改變了所以通常為了跟上面那種意義的轉型分別會有「強制轉型」、「硬轉」等等說法存在也就是說這兩種「轉型」在語意上是很不一樣的概念 C++ 裡提供了明確指示這兩種轉型的語法前者稱做 static_cast 後者稱做 reinterpret_cast (以下為行文方便我就用這兩個字指稱這兩種轉型) 不過由於 C 語言只有規定抽象運算的關係因此 C 語言裡的轉型當標準裡有指明時它就是屬於 static_cast C99 的標準裡 6.3 節的標題是 "Conversions" http://port70.net/~nsz/c/c99/n1256.html#6.3 裡面規定的就是這些轉換的詳細規則像是當一個 short 要轉型成 long 時要造成什麼樣的效果一個 int 要轉型成 unsigned int 時要造成什麼樣的效果一個 int * 要轉型成 char * 時要造成什麼樣的效果等等有些狀況這一條裡沒有提到例如前面推文提到的指標轉型成 double 那種就是屬於不能轉型的狀況之所以這些狀況不規定它能轉型是因為常理上不可能會有這種轉型的需求的關係不過其中有幾項雖然有提到能夠轉型但是轉型出來的結果卻明言「隨實作而定」(implementation-defined) 這種狀況之下就給了 reinterpret_cast 鑽空子的機會因為隨實作而定的關係如果在二進位層級上什麼也不做當然是最簡單的方式之一因此在許多常見的實作上就會將這些狀況給定為 reinterpret_cast 了這其中包含了我上一篇回文所回的那種狀況: 一個整數跟一個指標互轉 [6.3.2.3p5-p6] 那篇文章的狀況其實是這樣的嚴格照標準來說的話 int 雖然能跟 xxx* 互轉但互轉後不能保證會恢復原狀能保證的只有一個: void * 轉成 intptr_t 再轉回 void * 會還原所以我的回文裡提到的 #153 那行指定最嚴格符合標準的寫法其實是 *GMGID = (int)(intptr_t)(void*)GMG_ptr; 那要轉回來就也必須要 MF2KGMG_operator* GMG_ptr=(MF2KGMG_operator*)(void*)(intptr_t)*GMGID; 不過因為在 pc 上面這些轉型大多都是被實作成 reinterpret_cast 的關係所以就出現了偷懶寫法: 直接轉成最終型態就只是這樣而已 gcc 的警告就是在告訴你「這可能不會產生你所想要的結果」 --- 我在我那篇回文的推文裡拿了 http://tinyurl.com/3d487sk 這篇問答出來救援(?) 只不過看起來碰上的這個打者還是很堅持他自己的打法... 我引這篇的目的是這一段話 (第一個問答的答案) ※ 引述《http://tinyurl.com/3d487sk》 : 並不是所有機器都使用「平面記憶體模型」（flat memory model），可以把記憶體當 : 成一個巨大、連續的表格看待。除了標準（參考 N1256 6.2.5p27）規定的幾種狀況外 : ，不同型態的指標可以長得完全不一樣。最後，函式指標（function pointer）是另 : 一世界的東西，可以跟物件指標完全沒關係。並不是所有機器都把物件和程式碼都擺 : 在同一大塊記憶體裡面。 : 如果你測試發現一樣，那只是你測試的實作用同一種方法表示所有指標，請參考你作 : 業系統或機器的文件確認你的發現。世界上的確有實作用不同格式表示不同型態的指 : 標，不可攜的程式在那些機器上可能會出現嚴重的錯誤。（參考 clc FAQ 5.17 看實 : 際例子）我個人相信這一段話已經足夠解決那篇的推文裡的爭端了這段話裡講了許多事情: 1. 記憶體位址並不一定是由連續的數字所表示 2. 不同型態的指標可以有不同的表示方式 3. 存在一種"指標"可以跟其他的指標完全無關 4. 除非你的機器對這些有所說明, 不然擅自假設以上這些是如何就可能會出事在我看來這幾條觀念正是許多可能寫過很多 C 的人仍然不足的下面幾條問答順便回答了「指標跟指標之間可以任意轉型」的錯誤觀點這就表過不提 --- 至於我上面那篇 enum 的轉型 C++ 裡是這麼規定的: 一個 unscoped enum 可以轉成整數但不能反之 (unscoped enum 如 enum {a,b,c}; 或 enum vowels {a,e,i,o,u};) 一個 scoped enum 則不能跟整數互轉 (scoped enum 如 enum class numbers {one,two,three};) 而我不太懂的是為什麼你想要用一個 void * 傳來傳去直接傳一個 int 進去不行嗎? 或者既然已經 typedef 出來了那傳入型態設為 eGOPLAYER_STATE 就好啦這樣是最不會有問題的方式 if 裡面連轉型都不用轉 --- 最後我想提一下上篇我提到的 handle 到底是什麼 handle 這個詞在程式設計中的意思是一個代表某資源的值它可以有多種描述法常見的如 unix 系統上的 file descriptor 它是一個整數值實際上它是 os 內部一個已開啟檔案的結構陣列裡的某個位置的索引這陣列的前三個會先行依序填入標準輸入、標準輸出、標準錯誤輸出所以才會有標準輸入是 0, 標準輸出是 1, 標準錯誤輸出是 2 的結果又例如我們熟悉的 FILE * 這是 C runtime library 所提供的對於檔案的 handle 那由於 handle 最常表示一個內部結構所以它最常見的型式是指標其次則是整數有時為了抽象化不讓使用者端知道那其實是個指標因此常常會另定一個型態做為 handle 型態它可以放入任何指標 C 語言的標準明定所有物件指標可以跟 void * 互轉 [C99 6.3.2.2] 所以這種 handle 型態就最常 typedef 成 void * 例如 Win32 API 就是這麼定義的: typedef void *PVOID; typedef PVOID HANDLE; (ref: http://tinyurl.com/lmhgj27 ) 當然也有直接定義成該種內部結構的指標的型式例如 C++ 常見的 pimpl idiom 那個指標就是這種型式兼具細節隱藏跟實作簡潔這種型態的指標有一個特殊名詞叫 opaque pointer (不透明指標) 因此廣義來說這些東西都可以視為 handle 的概念我的上篇回文所回的程式即是使用這種概念來隱藏實作細節只不過它選擇了用 int 表示一個其實是指標的 handle 這個選擇引入了指標跟整數互轉的不必要的麻煩而已而 enum 那一篇之所以會想用 void * 我的猜測也只是想要試試看而已只不過那裡的狀況跟 handle 是差了十萬八千里硬用 void * 只是讓自己苦惱而已 --- 想到要講的大概就是這些了希望這篇可以對大家有一些觀念上的釐清如果這篇有所誤謬也請不吝指正 :) -- LPH [acronym] = Let Program Heal us -- New Uncyclopedian Dictionary, Minmei Publishing Co. -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 114.41.10.216

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