深入理解void类型

深入理解void类型

(2011-03-23 11:05:02)


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标签： 空指针 无类型通用指针 通用排序函数 教育

1.空指针

一般来说，程序的起始地址是从“代码区”的0地址开始存放的(注：如果插入一个内存分布图，则更能说明问题，此处省略)，但实际上现代操作系统并非如此，却保留了从0开始的一块内存。至于这块内存到底有有多大，与具体的操作系统有关。如果程序试图访问这块内存，则系统提示异常。

为什么操作系统不是保留一个字节呢？由于内存管理是按页来进行的，因此无法做到单独保留一个字节。尽管如此，但还是有极少数系统设定RAM区从0地址开始，但指向有效变量的指针不会指向0地址。即使“代码区”从0地址开始，但在任何情况下，0地址都不是C语言中任何函数的起始地址，因此指向有效函数地址的指针也不会指向0地址。

☛ 课外知识延伸

虽然 80C51微控制器XDATA区（外部RAM）是从0地址开始的，但只要对保存在0地址中的变量不进行取地址操作（&操作），即可有效地保证指针不会指向0地址。

与此同时，虽然32位ARM7微控制器也是从0地址开始的，但这块内存仅用于存放中断向量代码，而不是程序中的有效变量地址，因此即便用空指针来判断指针的有效性，其仍然是可行的。

基于此，于是将空指针定义为指向0地址的指针。毫无疑问，任何一种指针类型都有一个特殊的指针值，即空指针。它既不会指向任何对象或函数，也不是任何对象或函数的地址。而未初始化的指针，则完全可能指向任何地方。

由此可见，空指针与未初始化的指针是完全不同的两个概念。那么，将如何在程序中获得一个空指针呢？

2. 空指针常量与NULL

标准C规定，在初始化、赋值或比较时，如果一边是变量或指针类型的表达式，则编译器可以确定另一边的常数0为空指针，并生成正确的空指针值。即在指针上下文中“值为0的整型常量表达式”在编译时转换为空指针。

为了让程序中的空指针使用更加明确，标准C专门定义了一个标准预处理宏NULL，其值为“空指针常量”，通常为0或(void
*)0，即在指针上下文中NULL与0是等价的，而未加修饰的0也是完全可以接受的。由于void
*指针的特殊赋值属性，比如：

#define NULL ((void *)0)

当NULL定义为((void
*)0)时，即NULL是可以赋值给任何类型指针的值，它的类型为void*，而不是整数0，因此初始化“FILE
*fp = NULL;”是完全合法的。

而为了区分整数0和空指针0，当需要其它类型的0的时候，即使可能工作，但也不能使用NULL，如果这样处理其格式是错误的，这在非指针上下文中是不能工作的。特别地，不能在需要ASCII空字符（NUL）的地方使用NULL。如果确实需要，则可以自定义为：

#define NUL '\0'

由此可见，常数0是一个空指针常量，而NULL仅仅是它的一个别名。

3. 空指针的用途

一般来说，未初始化是不能使用的非法指针，因为它完全有可能指向任何地方，从而导致程序无法判断它为非法指针。因此，不管指针变量是全局的还是局部的、静态的还是非静态的，都应该在声明它的同时进行初始化，要么赋予一个有效的地址，要么赋予NULL。

标准C规定，全局指针变量的默认值为NULL，而对于局部指针变量则必须明确地指定其初值。因此，void通常用于指针变量的初始化，用来判断一个指针的有效性。比如：

unsigned char *pucBuf=(void *)0; // 定义pucBuf为unsigned
char类型指针并初始化为空指针

如果后续的代码忘记初始化指针而直接使用的话，则可能造成程序失败。虽然空指针也是非法指针，但可以通过程序判断并告诉程序员代码可能有问题。也就是说，如果一开始就将指针初始化为空指针，则可避免程序异常。比如：

if(pucBuf==0){

return error; // 如果pucBuf为空指针，则返回参数错误

}

由于void类型指针的不确定性，因此它可以指向任意类型的数据，那么只要在使用时做一个简单的强制类型转换就可以了。比如：

unsignned char *pcData
= NULL; // 定义pcData为unsigned
char类型指针

void *pvData; // 定义pvData为void类型指针

pvData = pcData; // 无需进行强制类型转换

pcData = (unsigned char*) pvData; // 将pvData强制转换为unsigned
char类型指针

显然不存在void类型的对象，也就是说，当对象为空类型时，其大小为0字节；当对象未确定类型时，那么它的大小也是未确定的，因此不能声明void类型变量。比如：

void a; // 非法声明

既然上述声明是非法的，那么，也就不能将sizeof运算符用于void类型。也就意味着，编译器不知道所指对象的大小，由于指针的算术运算总是基于所指对象的大小的，因此不允许对void指针进行算术运算。

总之，在指针声明中，void *表示通用指针的类型。如果void作为函数的返回类型，则表示不返回任何值。如果void位于参数列表中，则表示没有参数。

4. 用无类型指针作为函数参数

由于C语言中最小长度的变量为char类型（包括unsigned char、signed char等），其sizeof(char)的结果为1，而其它任何变量的长度都是它的整数倍。比如，如果使用SDCC51编译器，其sizeof(int)为2。因为通用swap函数函数不知道需要交换的变量的类型，所以需要一个参数给出相应的指示。由于C语言的变量类型多种多样，因此不可能为每一种变量类型编号，而且swap并不关心变量的真正类型，所以可以用变量的长度代替变量类型。通用swap函数的原型为：

void swap(void *pvData1, void *pvData2, int iDataSize)

将a，b两个变量（变量类型必须一样）的值交换的代码如下：

swap(&a, &b, sizeof(a));

通用swap排序函数的参考代码见程序清单1.1。

程序清单1.1 通用swap排序函数

1 void swap (void *pvData1, void *pvData2, int iDataSize)

2 {

3 unsigned char *pcData1 = NULL;

4 unsigned char *pcData2 = NULL;

5 unsigned char ucTmp1;

6

7 pcData1 = (unsigned char *)pvData1;

8 pcData2 = (unsigned char *)pvData2;

9

10 do {

11 ucTmp1 = *pcData1;

12 *pcData1 = *pcData2;

13 *pcData2 = ucTmp1;

14 pcData1++;

15 pcData2++;

16 } while (--iDataSize > 0);

17 }