编译时检查C中的多态类型？答案

【问题标题】：Compile time check polymorphic types in C?编译时检查C中的多态类型？
【发布时间】：2014-09-24 02:24:34
【问题描述】：

多态结构在 C 中很常见，但通常涉及显式转换，这允许意外转换不兼容的结构。

struct ID {
    char name[32];
};

struct IntID {
    struct ID id_base;
    int value;
}
struct FloatID {
    struct ID id_base;
    float value;
}

void id_name_set(ID *id, const char *name)
{
    strlcpy(id->name, name, sizeof(id->name));
}

/* macro that happens to use 'id_name_set', this is a bit contrived */
#define ID_NAME_SET_AND_VALUE(id, name, val) \
    do { \
        id_name_set((ID *)id, name); \
        id->value = val; \
    } while(0)

void func(void)
{
    struct { int value; } not_an_id;

    /* this can crash because NotID doesn't have an ID as its first member */
    ID_NAME_SET_AND_VALUE(not_an_id, "name", 10);
}

这里的问题是我们无法针对单一类型检查宏中的 id 参数，因为它可能是 ID 或任何以 ID 作为其第一个成员的结构。

我见过的很多代码都只是简单地转换为结构，但似乎有可能有一个更可靠的方法。

有没有办法在编译时检查？

注意，对于这个问题，我们可以假设所有结构都使用相同的成员名称作为它们继承的结构。

注意，我希望能够使用这样的东西......

#  define CHECK_TYPE_POLYMORPHIC(val, member, struct_name) \
    (void)(_Generic((*(val)), \
        /* base-struct */  struct_name: 0, \
        /* sub-struct */   default: (_Generic(((val)->member), struct_name: 0))))

/* --- snip --- */
/* check that `var` is an `ID`, or `var->id_base` is */
CHECK_TYPE_POLYMORPHIC(var, id_base, ID);

...但是对于 default 案例中的 ID 类型，这将失败 - 因为它们没有 id 成员。

到目前为止，我发现这样做的唯一方法是对所有结构的完整列表进行类型检查，这在某些情况下并不理想（可能很多 - 或在本地定义，因此宏不知道，请参阅：Compile time check against multiple types in C?)。

【问题讨论】：

我不禁觉得这是走错路了。如果你想要 C++，请使用 C++。
@Jonathan Leffler。我知道也许我正在尝试做 C 不真正支持的事情，但我对转向另一种语言并不感兴趣，如果无法对多态结构进行类型检查，我可以通过检查结构列表来凑合已经，但是如果可以在现有的 C 代码库中添加一些额外的类型检查，那为什么不呢？
您是否阅读过任何来自 GObject 或 gtk+2.0/gtk+3.0 的文档。他们实现了这一点，不要重新发明轮子。只是模仿他们的代码，它的版权是 gnu lesser gpl。
@rhubarbdog - 是否有与此相关的特定关键字/宏要查找？
不知道，但是泛型类型 GtkWidget 会不断地被宏 GTK_BUTTON 重新转换，为了使这项工作你必须在编译时出现正确的警告，-Wall 会这样做。

标签： c type-safety c11

【解决方案1】：

你不应该使用演员表。演员表假设您知道自己在做什么，并且在最坏的情况下会导致未定义的行为。您必须依赖于您感兴趣的类型都具有同名的 struct ID 字段这一事实。

然后，如果您在实际有 do-while 类型的函数宏的地方显示，您可以轻松放置一个辅助变量：

#define ID_NAME_SET_AND_VALUE(id, name, val) \
    do {                                     \
        ID* _id = &((id)->id_base));         \
        id_name_set(_id, (name));            \
        _id->value = (val);                  \
    } while(0)

如果一切顺利，这是一个 nop，如果不是，那就是违反约束并中止编译。

在无法放置变量的上下文中，您可以使用复合文字，例如

 (ID*){ &((id)->id_base)) }

【讨论】：

【解决方案2】：

C11（最新的 C 标准）中最接近 compile-time 多态性的是它的使用 _Generic 关键字的泛型表达式，但我不确定它是否符合您的需求。

GCC 编译器还为您提供了 __builtin_type_compatible_p，您可以使用它构建例如一些宏。

您还可以使用一些 MELT 扩展自定义 GCC

【讨论】：