深入理解void类型指针

  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，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是不会指向0地址的。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。

    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，未初始化的指针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。

 

1.1  通用swap排序函数

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

   {

       unsigned char  *pcData1 = NULL;

       unsigned char  *pcData2 = NULL;

       unsigned char  ucTmp1;

       pcData1 = (unsigned char *)pvData1;

       pcData2 = (unsigned char *)pvData2;      

       do {

           ucTmp1       = *pcData1;

           *pcData1     = *pcData2;

           *pcData2     = ucTmp1;

           pcData1++;

           pcData2++;

       } while (--iDataSize > 0);

   }