C语言边角料：结构体中指针类型的成员变量，它的类型重要吗？

时间：2022-07-02 12:28:49

C语言边角料：结构体中指针类型的成员变量，它的类型重要吗？

  • 一、前言
  • 二、问题描述
  • 三、把类型改为 void 指针类型
  • 四、总结

一、前言

 

昨天在编译代码的时候，之前一直OK的一个地方，却突然出现了好几个 Warning!

本着强迫症要消灭一切警告的做法，最终定位到：是结构体内部， 指向结构体类型的指针成员变量导致的问题。

这个问题，也许永远不会碰到，之所以被我赶上了，应该是因为某个时候手贱， 误碰了键盘导致。

下面一一道来。

PS: 我的测试环境是 Ubuntu16.04-64，编译器使用系统自带的 gcc-5.4.0。

二、问题描述

 

1. 正常的代码

比较简单：结构体 struct _Data2_ 的第 2 个成员变量是一个指针，指向的数据类型是结构体 struct _Data1_。

  1. typedef struct _Data1_ 
  2. { 
  3.     int a; 
  4. }Data1; 
  5.  
  6. typedef struct _Data2_ 
  7. { 
  8.     int b; 
  9.     struct _Data1_ *next; 
  10. }Data2; 
  11.  
  12. int main() 
  13. { 
  14.     Data1 d1 = {1}; 
  15.     Data2 d2 = {2, &d1}; 
  16.  
  17.     printf("d1 = %p \n", &d1); 
  18.     printf("d2 = %p \n", &d2); 
  19.  
  20. } 

编译、执行，都没有问题：

  1. $ gcc main.c -m32  -o main  
  2. $ ./main  
  3. d1 = 0xffdc72f0  
  4. d2 = 0xffdc72f4 

2. 错误的代码

现在我们来模拟误碰键盘操作，把 struct _Data2_ 中 next 成员指向的数据类型，改为一个 不存在的结构体：

  1. typedef struct _Data2_ 
  2. { 
  3.     int b; 
  4.     struct _Data3_ *next; 
  5. }Data2; 

在测试代码中，struct _Data3_ 肯定是不存在的。

好了，现在执行编译指令 gcc main.c -m32 -o main，将会得到什么结果?

可以停下来稍微 思考一下。

我之前的预期是：gcc 会 报错，找不到 struct _Data3_ 这个类型。

实际情况是：

  1. $ gcc main.c -m32  -o main -I./  
  2. main.c: In function ‘main’: 
  3. main.c:18:20: warning: initialization from incompatible pointer type [-Wincompatible-pointer-types] 
  4.      Data2 d2 = {2, &d1}; 
  5.                     ^ 
  6. main.c:18:20: note: (near initialization for ‘d2.next’) 
  7. $ ./main  
  8. d1 = 0xffd8ee70  
  9. d2 = 0xffd8ee74 

好神奇吧， gcc 居然不报错!那么我们就按照 gcc 的方式来理解一下。

我们知道，编译器在遇到一个结构体类型的时候，最重要的就是需要知道结构体类型 所占据的内存空间的大小。

gcc 在遇到 struct _Data2_ 这个字符串时，判断出它是一个用户自定义的数据类型：结构体 _Data2。

gcc 继续读取结构体内部的每一个字符，在读取到 *next 时，知道它是一个 指针。

此时它并并没确认该指针所指向的数据类型是否存在，它只是为 next 保留了 4 个字节的内存空间(32位系统)。

然后 gcc 在解析 Data2 d2 = {2, &d1}; 这一行时，就发现 类型不匹配了：data2 的 next 需要的是 struct _Data3_ 类型的指针，但是赋值的 d1 是 struct _Data1_ 类型，于是给出警告信息。

我们用其他的编译器试一下：

(1) clang

  1. $ clang main.c -m32  -o main -I./  
  2. main.c:18:20: warning: incompatible pointer types initializing 'struct _Data3_ *' with an expression of type 'Data1 *' 
  3.       (aka 'struct _Data1_ *') [-Wincompatible-pointer-types] 
  4.     Data2 d2 = {2, &d1}; 
  5.                    ^~~ 
  6. 1 warning generated. 
  7. $ ./main  
  8. d1 = 0xffb1b3a0  
  9. d2 = 0xffb1b398 

(2) g++

  1. $ g++ main.c -m32  -o main -I./  
  2. main.c: In function ‘int main()’: 
  3. main.c:18:23: error: cannot convert ‘Data1* {aka _Data1_*}’ to ‘_Data3_*’ in initialization 
  4.      Data2 d2 = {2, &d1}; 

看起来，只有 g++ 进一步确认了 _Data3_ 这个结构体类型不存在!

三、把类型改为 void 指针类型

 

把 struct _Data2_ 中的 next 成员，改为 指向 void 型的指针，然后在 main 函数中操作它。

  1. typedef struct _Data1_ 
  2. { 
  3.     int a; 
  4. }Data1; 
  5.  
  6. typedef struct _Data2_ 
  7. { 
  8.     int b; 
  9.     void *next; 
  10. }Data2; 
  11.  
  12. int main() 
  13. { 
  14.     Data1 d1 = {1};     
  15.     Data2 d2 = {2, &d1}; 
  16.      
  17.     Data1 *dn = d2.next; 
  18.     printf("dn->a = %d \n", dn->a); 
  19. } 

编译、执行：

  1. $ gcc main.c -m32  -o main -I./  
  2. $ ./main  
  3. dn->a = 1 

可以看到：Data1 *dn = d2.next; 这一行把指向 void 型的 d2.next 赋值给指向Data1型的指针变量 dn，然后在 printf 语句中可以正确地打印出dn中的成员变量a。

这又回到了指针的本质： 指针就是一个地址，至于如何来解释这个地址中的内容，这是由定义这个指针时所指定的数据类型来决定的

结合代码来看：虽然d2.next是一个 void 型指针，但是它的确存储了一个 地址(变量 d1 的地址)。然后把这个地址赋值给dn 指针，那么通过dn指针来操作该地址内的成员时，就取决于在定义dn时所指定的数据类型(Data1)，因此 dn->a 就可以正确的从这个地址中取出前 4 个字节，然后作为一个int型的数据打印出来。

以上代码，如果使用clang来编译，结果也是正确的。

用g++编译，继续报错：

  1. $ g++ main.c -m32  -o main -I./  
  2. main.c: In function ‘int main()’: 
  3. main.c:23:20: error: invalid conversion from ‘void*’ to ‘Data1* {aka _Data1_*}’ [-fpermissive] 
  4.      Data1 *dn = d2.next; 

如果想让这个错误消除掉，在指针赋值时， 强制转换一下即可(把void型指针强转成Data1型指针，然后再赋值)：

  1. Data1 *dn = (Data1 *)d2.next; 

四、总结

 

这里描述的错误，几乎很少遇到，除非是像我一样误碰了键盘。

不过，从中我们也看到了一个现象：gcc编译器在面对结构体时，主要关心的是结构体在内存空间中所占用的空间大小，对其内部指向结构体类型的指针，并没有严格的检查是否存在，g++ 在这一点就做的严谨一些了。

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/YdgZH6HG_rN14GZ2me6O7w

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