是否可以将指针从结构类型转换为扩展 C 中第一个结构类型的另一个结构类型？

Question

如果我有结构定义，例如，像这样：

struct Base {
  int foo;
};

struct Derived {
  int foo; // int foo is common for both definitions
  char *bar;
};

我可以这样做吗？

void foobar(void *ptr) {
  ((struct Base *)ptr)->foo = 1;
}

struct Derived s;

foobar(&s);

换句话说，当它的类型实际上是Derived * 时，我可以将void 指针转换为Base * 以访问其foo 成员吗？

Answer 1

你应该这样做

struct Base {
  int foo;
};

struct Derived {
  struct Base base;
  char *bar;
};

避免破坏严格的别名；一个常见的误解是 C 允许指针类型的任意转换：尽管它在大多数实现中都能按预期工作，但它是非标准的。

这也避免了由于使用 pragma 指令而导致的任何对齐不兼容。

Answer 2

许多现实世界的 C 程序假定您展示的结构是安全的，并且存在对 C 标准的解释（特别是“通用初始序列”规则，C99 §6.5.2.3 p5） .不幸的是，自从我最初回答这个问题以来的五年里，我可以轻松获得的所有编译器（即 GCC 和 Clang）都对通用初始序列规则进行了不同的、更狭义的解释，在这种解释下，你展示的构造会引发未定义的行为。具体来说，试试这个程序：

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

typedef struct A { int x; int y; }          A;
typedef struct B { int x; int y; float z; } B;
typedef struct C { A a;          float z; } C;

int testAB(A *a, B *b)
{
  b->x = 1;
  a->x = 2;
  return b->x;
}

int testAC(A *a, C *c)
{
  c->a.x = 1;
  a->x = 2;
  return c->a.x;
}

int main(void)
{
  B bee;
  C cee;
  int r;

  memset(&bee, 0, sizeof bee);
  memset(&cee, 0, sizeof cee);

  r = testAB((A *)&bee, &bee);
  printf("testAB: r=%d bee.x=%d\n", r, bee.x);

  r = testAC(&cee.a, &cee);
  printf("testAC: r=%d cee.x=%d\n", r, cee.a.x);

  return 0;
}

在启用优化（并且没有-fno-strict-aliasing）的情况下进行编译时，GCC 和 Clang 都会假设testAB 的两个指针参数不能指向同一个对象，所以我得到的输出如下

testAB: r=1 bee.x=2
testAC: r=2 cee.x=2

他们没有对testAC 做出这样的假设，但是——之前的印象是，testAB 必须被编译为好像它的两个参数可以指向同一个对象——我不再对自己对标准的理解有足够的信心来说明 是否可以保证继续工作。

Answer 3

这将适用于这种特殊情况。两个结构和命中的第一个成员中的foo 字段具有相同的类型。但是，在结构中的字段（不是第一个成员）的一般情况下，情况并非如此。对齐和包装等项目可以以微妙的方式打破这种情况。

Answer 4

由于您似乎是针对 C 中的面向对象编程，我建议您查看以下链接：

http://www.planetpdf.com/codecuts/pdfs/ooc.pdf

详细介绍了在 ANSI C 中处理 oop 原则的方法。

Answer 5

在特定情况下，这可能有效，但通常 - 不，因为结构对齐。

您可以使用不同的 #pragmas 来使（实际上，尝试）对齐方式相同 - 然后，是的，这会起作用。

如果您使用的是 Microsoft Visual Studio，您可能会发现 this article 很有用。

Answer 6

还有一件小事可能对你正在做的事情有所帮助或相关..

#define SHARED_DATA int id;

typedef union base_t {
    SHARED_DATA;
    window_t win;
    list_t   list;
    button_t button;         
}

typedef struct window_t {
    SHARED_DATA;
    int something;
    void* blah;
}

typedef struct window_t {
    SHARED_DATA;
    int size;
 }

typedef struct button_t {
    SHARED_DATA;
    int clicked;
 }

现在您可以将共享属性放入 SHARED_DATA 并通过打包到联合中的“超类”处理不同的类型。您可以使用 SHARED_DATA 仅存储“类标识符”或存储指针。无论哪种方式在某些时候为我对事件类型的通用处理提供了方便。希望我不会在这个话题上跑得太远

Answer 7

我知道这是一个老问题，但在我看来还有很多话要说，其他一些答案是不正确的。

首先，这个演员阵容：

(struct Base *)ptr

... 是允许的，但前提是满足对齐要求。在许多编译器上，您的两个结构将具有相同的对齐要求，并且在任何情况下都很容易验证。如果你克服了这个障碍，接下来就是转换的结果大部分是未指定的——也就是说，C 标准中没有要求指针一旦转换仍然指向同一个对象（只有在 将它转换回来之后 到原来的类型，它一定会这样做）。

然而，在实践中，通用系统的编译器通常使指针转换的结果指向同一个对象。

（指针转换在 C99 标准和更新的 C11 标准的第 6.3.2.3 节中都有介绍。我相信两者的规则基本相同）。

最后，您需要应对所谓的“严格别名”规则（C99/C11 6.5 第 7 段）；基本上，不允许您通过另一种类型的指针访问一种类型的对象（有某些例外，在您的示例中不适用）。请参阅"What is the strict-aliasing rule?"，或非常深入讨论，请阅读我的blog post关于这个主题。

总之，您在代码中尝试的内容并不能保证有效。它可以保证始终与某些编译器（以及某些编译器选项）一起工作，并且它可能偶然与许多编译器一起工作，但它肯定会根据 C 语言标准调用未定义的行为。

你可以做的是这样的：

*((int *)ptr) = 1;

...即因为您知道结构的第一个成员是int，所以您只需直接转换为int，这样就绕过了别名问题，因为这两种类型的结构实际上在该地址都包含int。您依赖于知道编译器将使用的结构布局，并且您仍然依赖于指针转换的非标准语义，但实际上这不太可能给您带来问题。

Answer 8

C 的好处/坏处在于你可以转换任何东西——问题是，它可能不起作用。 :) 但是，在你的情况下，它会*，因为你有两个结构，它们的第一个成员都是相同的类型；有关示例，请参见 this program。现在，如果 struct derived 有一个不同的类型作为它的第一个元素——例如，char *bar——那么不，你会得到奇怪的行为。

* 我想我应该用“几乎总是”来限定它；那里有很多不同的 C 编译器，所以有些可能有不同的行为。不过，我知道它会在 GCC 中工作。