Question

我正在编写一个C库，它使用一些简单的面向对象的继承：

struct Base {
    int x;
};

struct Derived {
    struct Base base;
    int y;
};

现在我想将Derived *传递给一个像这样的Base *的函数：

int getx(struct Base *arg) {
    return arg->x;
};

int main() {
    struct Derived d;
    return getx(&d);
};

这很有用，当然是类型安全的，但是编译器不知道这一点。有没有办法告诉编译器这是类型安全的？我只关注GCC并在这里铿锵作响，因此欢迎编译器特定的答案。我有一些模糊的记忆，看到一些代码使用__attribute__((inherits(Base))或类似的东西来做这件事，但我的记忆可能在撒谎。

Answer 1

这在C中是安全的，除非你应该将参数强制转换为Base *。禁止别名的规则（或更确切地说，不包括在标准C中支持的规则）在C 2011 6.5中，其中第7段规定：

对象的存储值只能由具有以下类型之一的左值表达式访问：

- 与对象的有效类型兼容的类型，

...

此规则阻止我们指向float，将其转换为指向int的指针，并取消引用指向int的指针以float作为{ {1}}。（更准确地说，它并不妨碍我们尝试，但它会使行为不明确。）

您的代码似乎违反了此规范，因为它使用int左值访问Derived对象。但是，C 2011 6.7.2.1第15段规定支持将指针Base转换为指向Derived的指针：

...指向适当转换的结构对象的指针指向其初始成员...

因此，当我们将指向Base的指针转换为指向Derived的指针时，我们实际拥有的不是指向使用与其不同类型的Base对象的指针（这是一个指向Derived对象的第一个成员的指针，使用它的实际类型Derived，这是完全正常的。

关于编辑：最初我声明函数参数将被转换为参数类型。但是，C 6.5.2.2 2要求每个参数都具有可以分配给具有相应参数类型的对象的类型（删除Base等任何限定条件），6.5.16.1要求在分配时一个指向另一个的指针，它们具有兼容的类型（或满足其他不适用的条件）。因此，将指向const的指针传递给指向Derived的函数会违反标准C约束。但是，如果您自己执行转换，则它是合法的。如果需要，转换可以内置到调用函数的预处理器宏中，这样代码看起来仍然像一个简单的函数调用。

Answer 2

提供基本成员的地址（真正的类型安全选项）：

getx(&d.base);

或者使用void指针：

int getx(void * arg) {
    struct Base * temp = arg;
    return temp->x;
};

int main() {
    struct Derived d;
    return getx(&d);
};

它有效，因为C要求在第一个struct成员之前永远不会有填充。这不会增加类型安全性，但会消除对铸造的需求。

Answer 3

如上所述，用户694733，您可能最好通过使用基本字段的地址来符合标准和类型安全性（重复以供将来参考）

struct Base{
   int x;
}
struct Derived{
   int y;
   struct Base b; /* look mam, not the first field! */
}

struct Derived d = {0}, *pd = &d;
void getx (struct Base* b);

现在尽管基地不是你仍然可以做的第一个领域

getx (&d.b);

或者如果你正在处理指针

getx(&pd->b).

这是一个非常常见的习语。但是，如果指针为NULL，则必须小心，因为＆amp; pd-＆gt; b只是

(struct Base*)((char*)pd + offsetof(struct Derived, b))

so＆amp;（（Derived *）NULL） - ＆gt; b变为

((struct Base*)offsetof(struct Derived, b)) != NULL.

IMO错失的机会是C采用匿名结构但没有采用计划9匿名结构模型

struct Derived{
    int y;
    struct Base; /* look mam, no fieldname */
} d;

它允许你只写getx（＆amp; d），编译器会将Derived指针调整为基指针，即它与上面例子中的getx（＆amp; d.b）完全相同。换句话说，它有效地为您提供继承，但具有非常具体的内存布局模型。特别是，如果你坚持不在顶部嵌入（==继承）基础结构，你必须自己处理NULL。正如您对继承所期望的那样，它对于

是递归的

struct TwiceDerived{
    struct Derived;
    int z;
} td;

你仍然可以写getx（＆amp; td）。此外，您可能不需要getx，因为您可以编写d.x（或td.x或pd-＆gt; x）。

最后使用typeof gcc扩展，你可以编写一个用于向下转换的小宏（即转换为更加派生的结构）

#define TO(T,p) \
({ \
    typeof(p) nil = (T*)0; \
    (T*)((char*)p - ((char*)nil - (char*)0)); \
}) \

所以你可以做像

这样的事情

struct Base b = {0}, *pb = &b;
struct Derived* pd = TO(struct Derived, pb);

如果您尝试使用函数指针执行虚函数，这将非常有用。

在gcc上，您可以使用/试验计划9扩展名-fplan9-extensions。不幸的是，它似乎没有在clang上实现。

有没有办法让GCC / Clang知道C中的继承？

3 个答案: