为什么 reinterpret_cast 只适用于 0？

Question

在研究 C++ 中强制转换的行为时，我发现reinterpret_cast-ing from float*toint*仅适用于0：

float x = 0.0f;

printf("%i\n", *reinterpret_cast<int*>(&x));

打印0，而

float x = 1.0f;

printf("%i\n", *reinterpret_cast<int*>(&x));

打印1065353216。

为什么？我希望后者能1像static_cast那样打印。

Answer 1

Areinterpret_cast表示重新解释其操作数的位。在您的示例中，操作数 ,&x是 a 的地址float，因此它是 a float *。reinterpret_cast<int *>要求将这些位重新解释为int *，因此您得到int *. 如果指向int和指向的指针float在您的 C++ 实现中具有相同的表示形式，则这可能¹为您提供int *指向float.

但是，reinterpret_cast不会更改指向的位。他们仍然拥有相同的价值观。在float值为 0的情况下，用于表示它的位都是零。当您通过取消引用访问它们时int *，它们将被读取并解释为int. 全为零的位表示零int值。

在float值为 1的情况下，用于在 C++ 实现中表示它的位是，使用十六进制来显示它们， 3f800000 ₁₆。这是因为格式的指数字段是用偏移量存储的，所以有一些非零位来显示指数的值。（这是浮点格式编码方式的一部分。从概念上讲，1.0f表示为 + 1.00000000000000000000000 ₂ • 2 ⁰. 然后是 + 号和“1”之后的位。字面上存储为零位。但是，指数是通过添加 127 并将结果存储为八位整数来存储的。因此 0 的指数存储为 127。指数的表示值为零，但表示它的位不为零。）当您通过取消引用访问这些位时int *，它们被读取并解释为int。这些位代表int1065353216的值（等于 3f800000 ₁₆）。

脚注

¹ C++ 标准不保证这一点，实际发生的情况取决于其他因素。

Answer 2

在这两种情况下，程序的行为都是未定义的，因为您通过不引用相同或兼容类型的对象的泛左值访问对象。

您观察到的是一种可能的行为。行为可能会有所不同，但不能保证它会有所不同，但事实并非如此。无论您期望一种结果还是另一种结果，都不能保证会对行为产生影响。

我希望后者像 static_cast 一样打印 1 。

期望 reinterpret_cast 表现得像 static_cast 那样是不合理的。它们大不相同，一个不能代替另一个。使用 static_cast 转换指针会使程序格式错误。

除非知道它的作用并且知道它的使用是正确的，否则不应使用raininterpret_cast。实际用例很少。

以下是一些具有明确定义的行为的示例，并且保证打印 1：

int i = x;
printf("%i\n", i);

printf("%i\n", static_cast<int>(x));

printf("%g\n", x);

printf("%.0f\n", x);

鉴于我们已经得出结论，行为是未定义的，因此无需进一步分析。

但是我们可以考虑为什么行为可能恰好是我们观察到的。然而，重要的是要理解，当行为未定义时，这些考虑将无助于控制结果。

1.0f 和 +0.0f 的 32 位 IEEE 754 浮点数的二进制表示恰好是：

0b00111111100000000000000000000000
0b00000000000000000000000000000000

这也恰好是整数 1065353216 和 0 的二进制表示。程序的输出是这些二进制表示与浮点值表示匹配的特定整数，这是否巧合？理论上可以，但可能不是。