GNU C中对void指针和函数指针的算术操作支持

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在近日的项目开发中，本博主遇到了一个之前从没想过的问题，那就是在C语言中一个声明为void *类型的变量是否可以进行算术操作？为了验证该问题，俺写了一个测试程序，在测试程序中对一个void *类型的变量进行了算术操作加一，代码如下。

#include <stdio.h>

int main() {

        void *test = NULL;

        int int_value[] = {12, 34, 56, 67, 27};

        char char_value[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};

        test = (void *)char_value;

        printf("%c\n", *(char_value + 1));

        printf("%c\n", *((char *)(test + 1)));

        test = (void *)int_value;

        printf("%d\n", *(int_value + 1));

        printf("%d\n", *((int *)(test + 1)));

        return 0;

}

    使用GCC对该程序编译，编译结果是顺利通过，而且没有任务Warning，由此可知至少在语法上来看是完全可以通过的。这也是完全说得通的，学过C语言的人都知道指针本来就是可以加减的，伴随着加减指针对自动在内存空间中前后移动，所以编译通过至少在语法上也是顺理成章的。那么执行结果如何呢？执行结果如下：

e

e

34

570425344

    从以上的执行结果可以看到一点不同，那就是当void *变量指向char *变量时，加一之后的打印结果是正确的，但是当void *变量指向int *变量时，加一之后的打印结果确实不正确的，这是为何呢？此时我们就得抛开语法的合理性来探寻更深层次的原因，也就是当指针加一时究竟发生了什么？当char *类型的指针加一时，代表的意义是将指针移动到下一个char类型数据的内存起始位置，因为char的大小为1一个字节，所以char *类型的指针加一时，指针要向后移动1个字节。当int *类型的指针加一时，代表的意义是将指针移动到下一个int类型数据的内存起始位置。但因为int的大小为4个字节，所以int *类型的指针加一时，指针要向后移动4个字节。依此类推，当void *类型的指针加一时，代表的意义是将指针移动到下一个void类型数据的内存起始位置，但是void类型的大小是多少呢？众所周知，在C语言中不能声明一个类型为void的变量，那么void的大小是否就是0呢？不然，通过打印sizeof(void)可以知道，void的大小竟然是1，这也就解释了为什么当void *变量指向char *变量时，加一之后的打印结果是正确的，因为void的大小和char一样的！

   通过以上分析可知，GNU C中在语法上支持void指针的算术操作，但在执行过程中，void指针的算术操作可能会导致错误。关于这一点我们可以在GNU的说明文档上找到官方支持：In GNU C, addition and subtraction operations are supported on pointers to void and on pointers to functions. This is done by treating the size of a void or of a function as 1. A consequence of this is that sizeof is also allowed on void and on function types, and returns 1. The option -Wpointer-arith requests a warning if these extensions are used（链接地址：http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.4.2/gcc/Pointer-Arith.html#Pointer-Arith）。也就是说不光是void指针，就连函数指针也是支持加减操作的，而void的大小和函数的大小都是1。为了理论联系实际，俺又写了一个测试程序来验证上面的说明，代码如下。

#include <stdio.h>

int echo(char *string) {

        printf("%s", string);

}

int main() {

        printf("%d\n", sizeof(echo));

        printf("%d\n", sizeof(void));

        return 0;

}

    执行结果证明了以上说明的正确性，void的大小和函数的大小确实都是1。当然，上面的说明也同时给出了避免因void指针和函数指针加减导致执行错误的方法，那就是在编译时添加编译选项：-Wpointer-arith。俺使用该编译选项对第一个测试程序重新进行编译：gcc -Wpointer-arith test.c，而此时编译结果就不再是顺利通过而是给出了Warning信息如下。

test.c: In function 'main':

test.c:10: warning: pointer of type 'void *' used in arithmetic

test.c:14: warning: pointer of type 'void *' used in arithmetic