所有结构标识符都自动向前声明

Question

在回答warning: assignment from incompatible pointer type for linklist array 时，我注意到任何带有struct 关键字的未声明标识符都被视为前向声明的标识符。

例如program below 编译良好：

/* Compile with "gcc -std=c99 -W -Wall -O2 -pedantic %" */
#include <stdio.h>

struct foo 
{
    struct bar *next;  /* Linked list */
};


int main(void) {
    struct bar *a = 0;
    struct baz *b = 0;
    struct foo c = {0};

    printf("bar -> %p\n", (void *)a);
    printf("baz -> %p\n", (void *)b);
    printf("foo -> %p, %zu\n", (void *)&c, sizeof c); /* Remove %zu if compiling with -ansi flag */
    return 0;
}

我的问题：哪条规则指导C 编译器将未声明的struct identifiers 视为前向声明的不完整struct 类型？

Answer 1

标准说 (6.2.5.28)

所有指向结构类型的指针都应具有相同的表示和对齐要求。

这意味着编译器知道如何表示指向任何结构的指针，即使是那些（尚未）未定义的结构。
您的程序只处理指向此类结构的指针，所以没关系。

Answer 2

在 6.2.5 类型和 6.7.2.3 标签中有描述。

struct identifier 是一个对象类型。

6.2.5 类型

1. 存储在对象中或由函数返回的值的含义由 用于访问它的表达式的类型。 （声明为对象的标识符是 最简单的这种表达方式；类型在标识符的声明中指定。）类型 分为对象类型（描述对象的类型）和函数类型（类型 描述功能）。 在翻译单元内的不同点，对象类型可能是 不完整（缺乏足够的信息来确定该类型对象的大小）或 完整（有足够的信息）。 37）

37) 一个类型在整个翻译单元中可能是不完整或完整的，或者它可能会在 翻译单元内的不同点。

22. 未知大小的数组类型是不完整的类型。它已完成，对于标识符 该类型，通过在以后的声明中指定大小（具有内部或外部链接）。 未知内容的结构或联合类型（如 6.7.2.3 中所述）是不完整类型。对于该类型的所有声明，通过声明相同的结构或 联合标记及其定义内容稍后在同一范围内。

6.7.2.3 标签

4. 结构、联合或枚举类型的所有声明具有相同的范围和 使用相同的标签声明相同的类型。无论是否有标签或什么 该类型的其他声明在同一个翻译单元中，类型不完整 129) 直到紧接在定义内容的列表的右大括号之后，并完成 之后。

129) 不完整类型只能在不需要该类型对象的大小时使用。它不是 需要，例如，当 typedef 名称被声明为结构或联合的说明符时，或 当一个指针或一个返回结构或联合的函数被声明时。（见不完整类型 在 6.2.5 中。）在调用或定义此类函数之前，必须完成规范。

Answer 3

除了 2501 提供的答案，以及您对它的评论“在我的情况下，甚至没有前向声明”之外，还有以下内容。

任何使用 struct tag 都算作结构类型的（前向）声明，如果之前没有声明过的话。虽然更正式的方式是说这只是一种类型，但由于 C 标准没有提到“结构类型的前向声明”，只是完整的和incomplete structure types (6.2.5p22)。

6.7.2 Type specifiers 告诉我们 struct-or-union-specifier 是一个 type-specifier，而6.7.2.1 Structure and union specifiers paragraph 1 又告诉我们 struct identifier 是一个 struct-or-union-specifier。

假设你有一个链表声明，类似于

struct node {
    struct node *next;
    int element;
};

那么这个不完整类型的“隐式前向声明”对于这个结构的工作是必不可少的。毕竟，类型 struct node is only complete 在终止分号处。但是您需要引用它才能声明next 指针。

此外，struct node 声明（类型不完整）可能超出范围，就像任何其他声明一样。例如，如果您有一些原型，就会发生这种情况

int function(struct unknown *parameter);

struct unknown 在声明结束时立即超出范围。任何进一步声明的struct unknowns 都与这个不同。 6.2.5p22的文字中暗示了这一点：

未知内容的结构或联合类型（如 6.7.2.3 中所述） 是不完全类型。它已完成，对于所有声明 类型，通过声明与其定义相同的结构或联合标记 稍后的内容在同一范围内。

这就是 gcc 发出警告的原因：

foo.c:1:21: warning: 'struct unknown' declared inside parameter list
foo.c:1:21: warning: its scope is only this definition or declaration, which is probably not what you want

您可以通过在其前面添加一个额外的前向声明来解决此问题，这会使范围更早开始（因此更晚结束）：

struct unknown;
int function(struct unknown *parameter);

Answer 4

我认为使用不完整结构类型的最优雅的用例是这样的：

struct foo 
{
    struct bar *left;
    struct bar *right;
};
struct bar
{
    int something;
    struct foo *next;
};

即双重递归，其中a指向b，b指向a。 这种情况可能是这个特性被包含在原始 C 语言规范中的一个原因。

最初的问题是所有结构标识符是否都自动向前声明。我认为最好说所有不完整的结构定义都被自动视为前向声明。

编辑：在关于文档的评论之后，让我们看看 C 语言圣经：Kerninghan&Ritchie - The C Programming Language，“6.5 自引用结构”部分说：

有时，需要一种自引用结构的变体： 两个相互引用的结构。处理方法是：

struct t {
    ...
    struct s *p;   /* p points to an s */
};
struct s {
    ...
    struct t *q;   /* q points to a t */
};

我同意，有可能以另一种方式实现，但我认为这是 C 语言作者的良好动机，我同意他们的观点，即这是一种优雅的实现方式。