在C中扩展结构

我最近遇到一位同事的代码如下：

typedef struct A {
  int x;
}A;

typedef struct B {
  A a;
  int d;
}B;

void fn(){
  B *b;
  ((A*)b)->x = 10;
}

他的解释是，由于

struct A

是

struct B

的第一个成员，因此

B->x

将与

B->A.x

相同，并提供更好的可读性。

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这是有道理的，但这被认为是良好的做法吗？这能跨平台工作吗？目前，这在GCC上运行良好。

这是一个可怕的想法。一旦有人出现并在结构B前面插入另一个字段，您的程序就会崩溃。

b.a.x

有什么不对？

我知道这是怎么回事，但我不认为这是一种好的做法。这取决于每个数据结构的字节在内存中的放置方式。无论何时将一个复杂的数据结构转换为另一个（即结构），这都不是一个好主意，尤其是当两个结构的大小不相同时。

是的，它可以跨平台工作（a），但这并不一定是一个好主意

根据ISO C标准（以下所有引用均来自C11），

6.7.2.1结构和联合说明符/15

，结构的第一个元素前不允许填充

此外，

6.2.7兼容型和复合型规定：

如果两种类型的类型相同，则它们具有兼容的类型

毫无疑问，
A
和
A-in-B
类型是相同的

这意味着对
A
字段的内存访问在
A
和
B
两种类型中都是相同的，更合理的
B->A.x
也一样，如果您对将来的可维护性有任何顾虑，那么您可能应该使用它

而且，虽然您通常需要担心严格的类型别名，但我认为这不适用于这里。别名指针是非法的，但该标准有特定的例外情况

6.5表达式/7
说明了其中一些例外情况，但有脚注：

此列表的目的是指定对象可能具有别名或不具有别名的情况

所列的例外情况包括：


与对象的有效类型兼容的类型

我们在这里不必担心的其他一些例外情况；及
一种聚合或联合类型，其成员中包括上述类型之一（递归地包括子聚合或包含的联合的成员）

结合上述结构填充规则，包括以下短语：

指向经过适当转换的结构对象的指针指向其初始成员

似乎表明此示例是专门允许的。这里我们必须记住的核心点是表达式
（（A*）b）
的类型是
A*
，而不是
b*
。这使得变量兼容，以实现无限制的别名

这是我对标准相关部分的解读，我之前（b）是错的，但在这种情况下我对此表示怀疑

所以，如果你真的需要它，它可以正常工作，但我会记录代码中的任何约束，非常接近结构，以免将来被咬


（a） 在一般意义上。当然，代码片段：

B *b;
((A*)b)->x = 10;

将是未定义的行为，因为
b
未初始化为合理的行为。但我将假设这只是一个示例代码，用于说明您的问题。如果有人对此表示关注，请将其视为：

B b, *pb = &b;
((A*)pb)->x = 10;


（b） 正如我妻子经常告诉你的那样，几乎没有什么提示：-）
任何绕过类型检查的事情通常都应该避免。
这种攻击依赖于声明的顺序，编译器既不能强制转换也不能强制执行此顺序

它应该跨平台工作，但我认为这不是一个好的实践

如果您确实有深度嵌套的结构（但是，您可能会想知道为什么），那么您应该使用临时局部变量来访问字段：

A deep_a = e->d.c.b.a;
deep_a.x = 10;
deep_a.y = deep_a.x + 72;
e->d.c.b.a = deep_a;

或者，如果您不想复制
a
：

A* deep_a = &(e->d.c.b.a);
deep_a->x = 10;
deep_a->y = deep_a->x + 72;

这显示了
a
来自何处，不需要强制转换

Java和C#也经常公开“C.b.a”之类的结构，我看不出问题出在哪里。如果你想模拟的是面向对象的行为，那么你应该考虑使用面向对象的语言（如C++），因为“扩展结构”在你提出的方法中不提供封装和运行时多态性（尽管有人可能认为（（a）b）类似于一个“动态的CAST”）。.
在这一点上，我将不遗余力地反对：我认为这是一个好主意，在大型的、生产质量代码中非常常见

基本上，这是在C中实现基于继承的面向对象数据结构的最明显和最好的方法。用一个
struct A
实例开始声明
struct B
意味着“B是A的一个子类”。事实上，第一个结构成员保证从结构的开始算起为0字节，这使得它能够安全地工作，在我看来，这是一个非常漂亮的边界

它在基于库的代码中被广泛使用和部署，例如GTK+用户界面工具包和GNOME桌面环境

当然，它要求您“知道自己在做什么”，但在C中实现复杂的类型关系时通常都是这样

在GObject和GTK+的例子中，有大量的支持基础设施和文档可以帮助实现这一点：很难忘记它。这可能意味着创建一个新类不是像C++那样快速完成的事情，但这可能是意料之中的事情，因为C类中没有对本机的支持。
 <是的，它会起作用。这是一个核心原则。有关扩展（即继承）的更多示例，请参见此答案“”。
对不起
B *b;
b->parent.parent.g_class->g_type

B *b;
((GTypeInstance*)b)->g_class->g_type

struct person {
  char name[MAX_STRING + 1];
  char address[MAX_STRING + 1];
}

struct item {
  int x;
};

struct accessory {
  int y;
};

/* fixed size memory buffer.
   The Linux kernel is full of embedded structs like this
*/
struct order {
  struct person customer;
  struct item items[MAX_ITEMS];
  struct accessory accessories[MAX_ACCESSORIES];
};

void fn(struct order *the_order){
  memcpy(the_order->customer.name, DEFAULT_NAME, sizeof(DEFAULT_NAME));
}

struct double_order {
  struct order order;
  struct item extra_items[MAX_ITEMS];
  struct accessory extra_accessories[MAX_ACCESSORIES];

};

struct double_order d;
fn((order *)&d);