C/C++面試題：void*通常怎么使用？——快手一面
void* 在 C 和 C++ 中被稱為“無類型指針”或“通用指針”（generic pointer）。它是一種特殊的指針類型，可以指向任何數據類型的對象（或函數）的地址，但它本身不包含任何關于它所指向對象類型的信息。
void* 的主要用途和使用方式包括：
1. 通用函數接口（如內存操作函數）:
標準庫函數如 malloc， calloc， realloc 返回 void*，因為它們分配的是原始內存塊，并不知道你打算在這塊內存中存儲什么類型的數據。你需要將返回的 void* 顯式轉換（cast）為你需要的具體指針類型才能使用。
memcpy， memmove， memset 等函數接受 void* 參數，因為它們按字節(jié)操作內存，不關心實際的數據類型，只需要知道內存地址和大小。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main() {
// 1. malloc example
int *p_int = (int*)malloc(sizeof(int));
if (p_int == NULL) {
perror("Failed to allocate memory");
return 1;
}
*p_int = 100;
printf("Value via p_int: %d\n", *p_int);
free(p_int);
// 2. memcpy example
char src[] = "Hello";
char dest[10];
memcpy(dest, src, strlen(src) + 1);
printf("Copied string: %s\n", dest);
return 0;
}2.實現泛型數據結構和算法 （主要在 C 語言中）:
在 C 語言中，沒有模板（templates）這樣的泛型編程機制。如果想創(chuàng)建可以存儲任何類型數據的列表、樹、哈希表等，或者編寫可以處理任何類型數組的排序、搜索算法（如標準庫的 qsort），void* 是常用的方法。
數據結構通常會存儲 void* 指向實際數據。
像 qsort 這樣的函數接受一個 void* 指向數組基地址，并需要一個比較函數，該比較函數也接受兩個 const void* 參數，你需要在比較函數內部將 void* 轉換回實際的數據類型指針進行比較。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// Comparison function for qsort (sorting integers)
int compare_ints(const void *a, const void *b) {
int int_a = *((const int*)a); // Cast void* to const int* and dereference
int int_b = *((const int*)b); // Cast void* to const int* and dereference
if (int_a < int_b) return -1;
if (int_a > int_b) return 1;
return 0;
}
int main() {
int numbers[] = {5, 2, 8, 1, 9, 4};
size_t num_count = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);
printf("Before sorting: ");
for (size_t i = 0; i < num_count; ++i) printf("%d ", numbers[i]);
printf("\n");
// Use qsort with void* base address and comparison function
qsort(numbers, num_count, sizeof(int), compare_ints);
printf("After sorting: ");
for (size_t i = 0; i < num_count; ++i) printf("%d ", numbers[i]);
printf("\n");
return 0;
}3.傳遞不透明數據指針
在庫或 API 設計中，有時會將內部結構的指針作為 void* 返回給用戶，用戶不能（也不應該）直接操作它，只能將其傳遞回庫的其他函數。這隱藏了實現細節(jié)。
4.回調函數的用戶數據（User Data / Context）
許多 API（如圖形庫、線程庫、事件處理系統(tǒng)）允許你注冊一個回調函數，并在注冊時提供一個 void* 參數（通常稱為 userData、context 或類似名稱）。當 API 調用你的回調函數時，它會把你當初提供的 void* 再傳回給你的回調函數。這允許你的回調函數訪問特定的上下文信息，而 API 本身無需知道這些信息的具體類型。
假設有一個庫函數 setTimer，它會在指定的毫秒數后調用你提供的回調函數。為了讓你的回調函數知道是哪個計時器觸發(fā)了（或者攜帶任何你想傳遞的信息），setTimer 允許你傳遞一個 void* 用戶數據。
#include <stdio.h> // 包含標準輸入輸出頭文件
#include <stdlib.h> // 包含標準庫頭文件 (用于 NULL)
// --- 假設這是外部庫的一部分 ---
typedef void (*TimerCallback)(int timerId, void* userData);
// 模擬設置一個定時器。
void setTimer(int milliseconds, TimerCallback callback, void* userData) {
printf("定時器庫：正在設置 %d 毫秒的定時器。\n", milliseconds);
// --- 想象等待 'milliseconds' 毫秒 ---
printf("定時器庫：定時器到期！調用回調函數。\n");
// 庫函數不知道也不關心 userData 指向什么，
// 它只是將其原樣傳遞回給回調函數。
int assignedTimerId = 1;
callback(assignedTimerId, userData); // 調用回調，傳入ID和用戶數據
printf("定時器庫：回調完成。\n");
}
// --- 應用程序代碼 ---
// 1. 定義傳遞給回調函數的數據結構
typedef struct {
const char* message; // 消息字符串
int retryCount; // 重試次數計數器
} MyTimerInfo;
// 2. 實現匹配 TimerCallback 簽名的回調函數
void handleTimerExpiration(int timerId, void* userData) {
printf("我的應用程序：收到定時器 ID %d 的回調。\n", timerId);
// 重要：將 void* 指針強制轉換回正確的指針類型 (MyTimerInfo*)
MyTimerInfo* info = (MyTimerInfo*)userData;
printf("消息: %s, 重試次數: %d\n", info->message, info->retryCount);
info->retryCount++; // 修改數據
}
// 3. 主邏輯中，創(chuàng)建數據并注冊定時器
int main() {
MyTimerInfo myInfo;
myInfo.message = "任務 A 需要處理";
myInfo.retryCount = 0;
printf("我的應用程序：正在注冊定時器...\n");
setTimer(1000, handleTimerExpiration, &myInfo); // 傳遞 myInfo 的地址
printf("我的應用程序：定時器注冊調用完成。\n");
// 打印修改后的重試次數，驗證回調函數確實修改了它
printf("我的應用程序：當前重試次數 (回調之后): %d\n", myInfo.retryCount);
return 0; // 程序正常退出
}5.重要注意事項
- 不能直接解引用 : 你不能直接對 void* 使用 * 運算符，因為編譯器不知道它指向的數據類型有多大，以及如何解釋這些字節(jié)。
- 必須顯式轉換： 在使用 void* 指向的數據之前，必須將其顯式轉換（cast）為正確的具體數據類型指針。
- 類型安全： void* 的使用會繞過編譯器的類型檢查。如果你將 void* 轉換回了錯誤的類型，會導致未定義行為（Undefined Behavior），通常是程序崩潰或數據損壞。這是 void* 的主要缺點。
- 指針運算： 不能對 void* 進行指針算術運算（如 ptr++ 或 ptr + 1），因為編譯器不知道每個元素的大小。 （GCC 等編譯器可能有擴展允許，但不標準且危險）。
- C++ 中的替代方案： 在 C++ 中，雖然 void* 仍然可用且在與 C 庫交互時必不可少，但對于泛型編程，通常推薦使用模板（templates），它們提供了類型安全。對于類型轉換，C++ 提供了更安全的轉換運算符，如 static_cast， dynamic_cast， 和 reinterpret_cast。reinterpret_cast<T*>（void_ptr） 常用于 void* 和其他指針類型之間的轉換，但同樣需要開發(fā)者保證類型轉換的正確性。
void* 是一個強大的工具，用于實現通用性，但犧牲了類型安全。使用它時，必須非常小心，確保在解引用或操作指針之前，總是將其轉換回正確的原始類型。
