指向 C++ 类的 C 结构指针

Question

我正在编写一个将加载到 C++ 程序中的 C 共享库。这个程序中有一个我需要访问的对象，所以我将使用一个结构指针。但我不太确定如何使 C 结构指针指向 C++ 类，因为它还包含函数（构造函数、析构函数等）。我认为这是可能的，因为结构只是保存数据，这意味着我可以按照与内存中的 C++ 类匹配的方式来排列它。示例：

//C++ class
class test
{
    public:
    int   number;
    char* string;

    public:
    test();
    ~test();
    void function(int new_number);
    void function(char* new_string);
} obj;

//C struct pointer

struct test_t
{
    //???
};

//...
struct test_t* p_obj = (struct test_t*)addr_of_obj;

有什么想法吗？

编辑：我无法编辑正在将库加载到的程序的源代码。我强制它加载这个库，它将为我访问和修改内存。

Answer 1

经过一些测试，我认为这个问题的答案是：取决于编译器和类。我将在下面给出的示例是在 Linux 上使用 GCC 和 G++ 编译的（似乎也可以使用 clang 和 clang++）。

示例 1 - 具有一些变量、构造函数、析构函数和重载函数的类 - 没什么特别之处。

//C++ class
class test
{
    private:
    int number;
    char* string;

    public:
    test() { this->number = 0; this->string = (char*)""; this->boolean = false; }
    ~test() {  }
    void function(int num) { this->number = num; }
    void function(char* str) { this->string = str; }
    int    get_number() { return this->number; }
    char*  get_string() { return this->string; }

    bool boolean;
};

//C structure
//To create a struct pointer for this class, I just had to ignore the functions. 

struct test_t
{
    int number;
    char* string;
    bool boolean;
};

示例 2 - 一个包含虚函数的类。在这种情况下，我们必须在结构的开头添加一个额外的指针参数。这将与该类的虚函数表对齐，由于虚函数而不再隐藏。

//C++ class
class test
{
    private:
    int number;
    char* string;

    public:
    test() { this->number = 0; this->string = (char*)""; this->boolean = false; }
    ~test() {  }
    virtual void v_function()  { printf("virtual function\n"); }
    virtual void v_function2() { printf("another virtual function\n"); }
    void function(int num) { this->number = num; }
    void function(char* str) { this->string = str; }
    int    get_number() { return this->number; }
    char*  get_string() { return this->string; }

    bool boolean;
};

//C structure
//It is the same as before, but with the VFT pointer
struct test_t
{
    void** vptr; //A pointer to function addresses (void**)
    int number;
    char* string;
    bool boolean;
};

总之，100% 确保 C 结构指针与 C++ 类对齐的唯一方法是查看内存并手动对齐。你可以通过在你的结构中放置垫子来跳过一些变量：

//C++ class
class test
{
    private:
    int number;
    std::vector<std::string> vector;
    char* string;

    public:
    test() { this->number = 0; this->string = (char*)""; this->boolean = false; }
    ~test() {  }
    virtual void v_function()  { printf("virtual function\n"); }
    virtual void v_function2() { printf("another virtual function\n"); }
    void function(int num) { this->number = num; }
    void function(char* str) { this->string = str; }
    int    get_number() { return this->number; }
    char*  get_string() { return this->string; }

    bool boolean;
};

//C structure
struct test_t
{
    void** vptr;
    int number;
    char vector[24]; //std::vector<std::string> pad (24 bytes long)
    char* string;
    bool boolean;
};

Answer 2

实现这一点并使代码易于支持的方法是使用 C++ 代码中的 C 定义。也许使用私有实现来减少兼容性问题。

//C struct - non-static data

struct test_t
{
    int   number;
    char* string;
};

test_t 的 C++ 包装器。

// C++ interface

struct  test_t;
struct test
{
    test_t *priv; //private implementation
public:
    // methods.
};

Answer 3

classes 和 structs 在内存中的布局方式并未由 C 和 C++ 标准定义，而是在特定于平台的应用程序二进制接口 (ABI) 文档中进行了布局。为确保安全，您必须确保布局匹配。如果任何功能是虚拟的，您肯定会遇到问题。

更安全的选择是将extern "C" 结构嵌入到您的C++ 类中，或者从C 代码中隐藏该类，只允许通过extern "C" 访问器函数进行访问。