C指针转换

类型转换是一种基本操作，跟指针结合使用时很有用。转换指针对我们大有帮助，原因包括：

• 访问有特殊目的的地址；
• 分配一个地址来表示端口；
• 判断机器的字节序。

我们也会处理一个跟别名、强别名和restrict中的类型转换紧密相关的主题。

注意　机器的字节序一般是指数据类型内部的字节顺序。两种常见的字节序是小字节序和大字节序。小字节序是指将低位字节存储在低地址中，而大字节序是指将高位字节存储在低地址中。

我们可以把整数转换成整数指针，如下所示：

int num = 8;
int *pi = (int*)num;

不过，一般来说这不是好实践，因为它允许你访问任意地址，包括系统不允许程序访问的位置。图8-1说明了这一点，地址8不在应用程序的地址空间内，如果解引指针，一般就会导致应用程序终止。

图8-1：把整数转换成非法地址

有些情况下，比如我们需要寻址内存地址0，就可能需要把指针转换成整数，然后再转换回指针，这在老式的系统上比较常见，其指针长度和整数长度相同。不过，有时候这样不能正常工作。下面说明了这种方法，输出跟实现相关：

pi = #
printf("Before: %p\n",pi);
int tmp = (int)pi;
pi = (int*)tmp;
printf("After: %p\n",pi);

把指针转换为整数再转换回指针从来就不是什么好办法，如果确实需要这么做，考虑用联合体，别名、强别名和restrict会讨论这个主题。

记住在指针与整数之间来回转换和在指针与void指针之间来回转换不同，null指针和void指针中的“void指针”部分有说明。

注意　有时候容易将句柄和指针搞混。句柄是系统资源的引用，对资源的访问通过句柄实现。不过，句柄一般不提供对资源的直接访问，指针则包含了资源的地址。

访问特殊用途的地址

访问特殊用途的地址的需求一般发生在嵌入式系统上，嵌入式系统对应用程序的介入很少。比如说，在有些底层操作系统内核中，PC的显存地址是0xB8000，这个地址装的是字符模式下显示的第一行第一列的字符，我们可以把这个地址赋给某个指针，然后把某个字符赋给这个地址，代码如下所示。图8-2显示了内存布局。

#define VIDEO_BASE 0xB8000
int *video = (int *) VIDEO_BASE;
*video = 'A';

图8-2：在PC上寻址显存

在适当情况下，可以读取这个地址的内容，不过一般不会对显存地址这么做。

当你需要寻址地址0的内存时，有时候编译器会把它当做NULL指针值。底层内核程序通常需要访问地址0，有几种技术可以处理这种情况：

• 把指针置为0（不一定能工作）；
• 把整数置为0，再把这个整数转换为指针；
• 用别名、强别名和restrict中提到的联合体；
• 用memset函数把指针置为0。

下面是一个使用memset函数的例子，这里将ptr引用的内存置为0：

memset((void*)&ptr, 0, sizeof(ptr));

在需要寻址0地址内存的系统上，厂商一般会有解决问题的办法。

访问端口

端口既是硬件概念，也是软件概念。服务器用软件端口指明它们要接收发给这台机器的某类消息。硬件端口通常是一个连接到外部设备的物理输入输出系统组件。程序通过读写硬件端口可以处理信息和命令。

访问端口的软件一般是操作系统的一部分，下面说明如何用指针访问端口：

#define PORT 0xB0000000
unsigned int volatile * const port = (unsigned int *) PORT;

机器用十六进制地址表示端口，将数据作为无符号整数处理。volatile关键字修饰符表示可以在程序以外改变变量。比如说，外部设备可能会向端口写入数据，且可以独立于计算机的处理器执行这个写操作。出于优化目的，编译器有时候会临时使用缓存或是寄存器来持有内存中的值，如果外部的操作修改了这个内存位置，改动并不能反映到缓存或寄存器中。

用volatile关键字可以阻止运行时系统使用寄存器暂存端口值，每次访问端口都需要系统读写端口，而不是从寄存器中读取一个可能已经过期的值。我们不应该把所有变量都声明为volatile，因为这样会阻碍编译器进行所有类型的优化。

之后应用程序可以通过解引端口指针来读写端口，如下所示。内存布局见图8-3，可以通过0xB0000000处的内存读写外部设备：

*port = 0x0BF4; // 写入端口
value = *port; // 从端口读取

图8-3：访问端口

警告　用非volatile变量访问volatile内存不是个好主意，这么做会导致未定义的行为。

用DMA访问内存

直接内存访问（Direct Memory Access，DMA）是一种辅助系统在内存和某些设备间传输数据的底层操作，它不属于ANSI C规范，但是操作系统通常提供对这种操作的支持。DMA操作一般与CPU并行进行，这样可以将CPU解放出来执行其他任务，从而得到更好的性能。

程序员先调用DMA函数，然后等待操作完成。通常，程序员会提供一个回调函数，当操作完成后，操作系统会调用回调函数，回调函数由函数指针指定，8.3.2节中会深入讨论。

判断机器的字节序

我们可以使用类型转换操作来判断架构的字节序。字节序是指内存单元中字节的顺序，字节序一般分为小字节序和大字节序，比如说，采用小字节序表示整数的4个字节中的低地址用来存储整数的低位。

在下例中， 我们把整数的地址从指针转换为char，然后打印各个字节：

int num = 0x12345678;
char* pc = (char*) #
for (int i = 0; i < 4; i++) {
    printf("%p: %02x \n", pc, (unsigned char) *pc++);
}

这个代码片段在Intel PC上的输出如下，反映了这是小字节序架构。图8-4说明了这些值在内存中如何分配。

100: 78
101: 56
102: 34
103: 12

图8-4：字节序示例