通过memcpy将void指针存入其他类型指针是否触发未定义行为？

问题描述 #

尝试通过memcpy（而非强制类型转换）将void指针存入其他类型的指针变量中，之后再恢复原void指针，这种操作是否会触发未定义行为？

示例验证代码 #

#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    // 确保int指针足够容纳void指针
    _Static_assert( sizeof( int* ) >= sizeof( void* ) );
    
    // 创建指向哑值的void指针
    void *a = &(short){ 10 };
    
    // 通过memcpy将void指针存入int指针
    int *b = NULL;
    memcpy( &b, &a, sizeof( void *) );
    
    // 通过赋值复制int指针
    // 可能存在未定义行为：b可能是无效int指针，或赋值未复制关键填充位？
    int *c = b;
    
    // 从复制的int指针中提取void指针
    void *d;
    memcpy( &d, &c, sizeof( void *) );
    
    // 提取的void指针应与原指针一致，因此该行应输出10
    printf( "%d", *(short *)d );

    return 0;
}

应用场景示例 #

这种思路的目的是将malloc分配的指针存入其他类型指针，后续在未知该类型的函数中恢复原指针，示例代码如下：

#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void alloc_mem( void *p )
{
    void *mem = malloc( 100 );
    memcpy( p, &mem, sizeof( void * ) );
}

void do_something_with_mem( void *p )
{
    void *mem;
    memcpy( &mem, p, sizeof( void * ) );
    if( mem )
    {
        // 使用mem执行操作
    }
}

int main()
{
    // 此处用int仅作演示，可为任意类型
    _Static_assert( sizeof( int* ) >= sizeof( void* ) );
    int *foo = NULL;
    
    alloc_mem( &foo );
    
    int *bar = foo;
    do_something_with_mem( &bar );

    return 0;
}

结论与分析 #

这种操作不会触发未定义行为，核心依据如下：

• 存储前提合法：C标准规定，只要目标指针类型的存储空间不小于void*的尺寸，就可以通过memcpy将void*的字节内容完整存入其中。代码中的_Static_assert已经确保了这一前提，避免了存储空间不足的问题。

• 指针赋值无风险：将存储了void*字节的int* b赋值给int* c时，只是完整复制b的所有字节（包括可能的填充位）。C标准要求指针赋值必须完整复制其存储的全部内容，因此不会出现“丢失关键位”的情况。需要注意的是：此时b并非有效的int指针，但仅仅持有或复制这个值并不会触发未定义行为——只有当你试图将其当作真正的int指针解引用时，才会出现问题，而示例代码中并未执行此类操作。

• 恢复原指针的正确性：通过memcpy从int* c恢复void* d时，只是将之前存储的字节原样复制回来。C标准保证，只要void*的字节被完整保存并原样恢复，得到的指针与原指针完全等价，可正常使用。

• 场景扩展的合法性：第二个示例的逻辑与第一个完全一致，只要保证目标指针类型尺寸不小于void*，且全程仅做字节复制、不将存储了void*内容的指针当作对应类型指针解引用，整个流程就完全符合C标准要求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jackson Allan