为啥指向未定义结构的指针有时在 C 和 C++ 中是非法的

Posted 2023-02-17

【中文标题】为啥指向未定义结构的指针有时在 C 和 C++ 中是非法的

【英文标题】：Why Pointers to Undefined Structs are Sometimes Illegal in C and C++为什么指向未定义结构的指针有时在 C 和 C++ 中是非法的

【发布时间】：2011-05-03 21:48:04

【问题描述】：

为什么

void foo(T*);

在 C 和 C++ 中都是非法的（因为 T 未定义），而

void foo(struct T*);

是有效的，即使它仍然没有定义 T?是否存在任何情况，无论T 是结构还是其他类型（类/枚举/typedef/等），它都会对调用者产生语义差异？

【问题讨论】：

只是出于好奇，你为什么需要一个指向未定义结构的指针？如果它是未定义的，那为什么不直接使用 void* 呢？

@John：因为我还没有为T 的定义包含适当的头文件，但是我仍然希望我的代码能够编译，因为我不明白为什么@987654327 很重要@是。

@John：这是家常便饭。当您[在代码中的那个点]只需要一个声明时，为什么要引入一个[可能很重的]定义？

【参考方案1】：

void foo(struct T*); 在该范围内同时充当struct T 的前向声明，因此命名指向它的指针是安全的。

在void foo(T*) 中，不知道T 应该是什么。如果结果是变量名而不是类型名，那么这行代码格式不正确。 C++ 需要更多信息才能说这行代码是有效的。

【讨论】：

@Doug：对前向声明很感兴趣。但是，当我们只需要知道我们正在接收指针时，为什么它会变成 T 呢？

@Mehrdad：因为如果T 不是一个类型（记住，“我们”不知道它是什么），那么这行代码就有问题-形成。 [我已将此添加到我的答案中。]

@Tomalak：所以它只是为了使语法更严格，而不是出于任何实现/歧义的原因？

@Mehrdad：本质上。我想说你列出的所有三个因素本质上是相互交织的。 :)

@Mehrdad：chomp 在他的回答中说得最好：“如果仅仅出现以前看不见的符号在语义上就暗示了前向类型声明，我认为我们会遇到很多麻烦。”

【参考方案2】：

在 C 中，因为指向结构（任何结构）的指针都具有相同的宽度和对齐属性

6.2.5/27 (C99 Standard)

指向 void 的指针应具有相同的表示 和对齐要求作为指向字符类型的指针。 同样，指向合格或不合格版本的指针 兼容类型应具有相同的表示和 对齐要求。所有指向结构类型的指针 应具有相同的表示和对齐方式 互相要求。所有指向联合类型的指针 应具有相同的表示和对齐方式 互相要求。指向其他类型的指针需要 没有相同的表示或对齐要求。

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另一方面，指向任何东西的指针可能具有不同的宽度和/或对齐属性（void*、函数指针、unsigned char*、...）

【讨论】：

@pmg：我无法想象为什么指向联合的指针可能与指向结构的指针不同，但如果假设是这种情况，那就完全有道理了. :-) 谢谢！

这解释了为什么前向声明有效。但是，IMO，它没有回答提出的实际问题。

@Tomolak：恰恰相反。此答案是唯一回答问题的答案。

@Tomalak：问题是，我的问题不是“为什么我的代码不能编译？”但是“为什么 C/C++ 是这样设计的？”。您的回答说明了它无法编译的事实，并说明了原因，但没有说明如果取消限制会出现什么问题-另一方面，此答案解释了问题：并非全部给定平台上的指针可能相同，因此编译器只是无法生成有效代码。现在我只是想了解编译器是否可以假装它是void*，但答案却解释了问题的根本原因。

@Tomalak：我不确定你想表达什么，但我个人认为这个答案更有说服力，因为它解释了根本原因，而不仅仅是说“就是这样” .如果别人觉得你的更有说服力，那就太好了！这就是为什么我们可以在这个网站上提供多个答案。 :]

【参考方案3】：

struct T

充当 T 的forward declaration。您承诺稍后将定义它的编译器。如果你真的在 T 上做了什么或者试图实例化它，你就会遇到问题：

  struct T t1; //error, incomplete type
  struct T* t2; // ok
  t2->foo     // error, incomplete type

只是

 T

是任意标识符。它是一个变量吗？它是一个函数吗？如果不在变量前添加struct 或class，该语言无法提供转发声明功能。

【讨论】：

有趣。但是，当我们只需要知道我们正在接收一个指针时，为什么它会变成 T 呢？

【参考方案4】：

struct T 将T 声明为struct，即使它出现在更大的声明中，即foo 的声明中。类型不完整，但用于声明指针函数参数时无关紧要。

没有struct，编译器不知道T应该是什么。

如果 T 之前已被声明为 struct，那么 void foo(T*) 在 C++ 中将被允许，但在 C 中则不允许，因为 structs 的名称不会自动成为类型名称，尽管您可以声明 @987654331 @ 如果您愿意，可以在 C 中使用相同的名称。

【讨论】：

是的，但我的问题是，为什么重要？也就是说，当我们只需要知道我们正在接收指针时，T 有什么不同？

@Mehrdad：我不确定我是否理解你在说什么。这些是语言规则。任何标识符 - 对象、函数或类型 - 都需要在使用前声明，struct 使用 T 声明。

因为指向结构（任何结构）的指针都具有相同的宽度和对齐属性（6.2.5/27 "All pointers to structure types shall have the same representation and alignment requirements as each other."）。另一方面，指向任何东西的指针可能具有不同的宽度和/或对齐属性（void*、函数指针、unsigned char*、...）

@pmg：所以一个指向结构的指针和一个指向联合/枚举/等的指针。可能有不同的对齐属性？