C語(yǔ)言邊角料：結(jié)構(gòu)體中指針類型的成員變量，它的類型重要嗎？
- 一、前言
- 二、問(wèn)題描述
- 三、把類型改為 void 指針類型
- 四、總結(jié)
一、前言
昨天在編譯代碼的時(shí)候，之前一直O(jiān)K的一個(gè)地方，卻突然出現(xiàn)了好幾個(gè) Warning!
本著強(qiáng)迫癥要消滅一切警告的做法，最終定位到：是結(jié)構(gòu)體內(nèi)部， 指向結(jié)構(gòu)體類型的指針成員變量導(dǎo)致的問(wèn)題。
這個(gè)問(wèn)題，也許永遠(yuǎn)不會(huì)碰到，之所以被我趕上了，應(yīng)該是因?yàn)槟硞€(gè)時(shí)候手賤， 誤碰了鍵盤導(dǎo)致。
下面一一道來(lái)。
PS: 我的測(cè)試環(huán)境是 Ubuntu16.04-64，編譯器使用系統(tǒng)自帶的 gcc-5.4.0。
二、問(wèn)題描述
1. 正常的代碼
比較簡(jiǎn)單：結(jié)構(gòu)體 struct _Data2_ 的第 2 個(gè)成員變量是一個(gè)指針，指向的數(shù)據(jù)類型是結(jié)構(gòu)體 struct _Data1_。
- typedef struct _Data1_
- {
- int a;
- }Data1;
- typedef struct _Data2_
- {
- int b;
- struct _Data1_ *next;
- }Data2;
- int main()
- {
- Data1 d1 = {1};
- Data2 d2 = {2, &d1};
- printf("d1 = %p \n", &d1);
- printf("d2 = %p \n", &d2);
- }
編譯、執(zhí)行，都沒(méi)有問(wèn)題：
- $ gcc main.c -m32 -o main
- $ ./main
- d1 = 0xffdc72f0
- d2 = 0xffdc72f4
2. 錯(cuò)誤的代碼
現(xiàn)在我們來(lái)模擬誤碰鍵盤操作，把 struct _Data2_ 中 next 成員指向的數(shù)據(jù)類型，改為一個(gè) 不存在的結(jié)構(gòu)體：
- typedef struct _Data2_
- {
- int b;
- struct _Data3_ *next;
- }Data2;
在測(cè)試代碼中，struct _Data3_ 肯定是不存在的。
好了，現(xiàn)在執(zhí)行編譯指令 gcc main.c -m32 -o main，將會(huì)得到什么結(jié)果?
可以停下來(lái)稍微 思考一下。
我之前的預(yù)期是：gcc 會(huì) 報(bào)錯(cuò)，找不到 struct _Data3_ 這個(gè)類型。
實(shí)際情況是：
- $ gcc main.c -m32 -o main -I./
- main.c: In function ‘main’:
- main.c:18:20: warning: initialization from incompatible pointer type [-Wincompatible-pointer-types]
- Data2 d2 = {2, &d1};
- ^
- main.c:18:20: note: (near initialization for ‘d2.next’)
- $ ./main
- d1 = 0xffd8ee70
- d2 = 0xffd8ee74
好神奇吧， gcc 居然不報(bào)錯(cuò)!那么我們就按照 gcc 的方式來(lái)理解一下。
我們知道，編譯器在遇到一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型的時(shí)候，最重要的就是需要知道結(jié)構(gòu)體類型 所占據(jù)的內(nèi)存空間的大小。
gcc 在遇到 struct _Data2_ 這個(gè)字符串時(shí)，判斷出它是一個(gè)用戶自定義的數(shù)據(jù)類型：結(jié)構(gòu)體 _Data2。
gcc 繼續(xù)讀取結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的每一個(gè)字符，在讀取到 *next 時(shí)，知道它是一個(gè) 指針。
此時(shí)它并并沒(méi)確認(rèn)該指針?biāo)赶虻臄?shù)據(jù)類型是否存在，它只是為 next 保留了 4 個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間(32位系統(tǒng))。
然后 gcc 在解析 Data2 d2 = {2, &d1}; 這一行時(shí)，就發(fā)現(xiàn) 類型不匹配了：data2 的 next 需要的是 struct _Data3_ 類型的指針，但是賦值的 d1 是 struct _Data1_ 類型，于是給出警告信息。
我們用其他的編譯器試一下：
(1) clang
- $ clang main.c -m32 -o main -I./
- main.c:18:20: warning: incompatible pointer types initializing 'struct _Data3_ *' with an expression of type 'Data1 *'
- (aka 'struct _Data1_ *') [-Wincompatible-pointer-types]
- Data2 d2 = {2, &d1};
- ^~~
- 1 warning generated.
- $ ./main
- d1 = 0xffb1b3a0
- d2 = 0xffb1b398
(2) g++
- $ g++ main.c -m32 -o main -I./
- main.c: In function ‘int main()’:
- main.c:18:23: error: cannot convert ‘Data1* {aka _Data1_*}’ to ‘_Data3_*’ in initialization
- Data2 d2 = {2, &d1};
看起來(lái)，只有 g++ 進(jìn)一步確認(rèn)了 _Data3_ 這個(gè)結(jié)構(gòu)體類型不存在!
三、把類型改為 void 指針類型
把 struct _Data2_ 中的 next 成員，改為 指向 void 型的指針，然后在 main 函數(shù)中操作它。
- typedef struct _Data1_
- {
- int a;
- }Data1;
- typedef struct _Data2_
- {
- int b;
- void *next;
- }Data2;
- int main()
- {
- Data1 d1 = {1};
- Data2 d2 = {2, &d1};
- Data1 *dn = d2.next;
- printf("dn->a = %d \n", dn->a);
- }
編譯、執(zhí)行：
- $ gcc main.c -m32 -o main -I./
- $ ./main
- dn->a = 1
可以看到：Data1 *dn = d2.next; 這一行把指向 void 型的 d2.next 賦值給指向Data1型的指針變量 dn，然后在 printf 語(yǔ)句中可以正確地打印出dn中的成員變量a。
這又回到了指針的本質(zhì)： 指針就是一個(gè)地址，至于如何來(lái)解釋這個(gè)地址中的內(nèi)容，這是由定義這個(gè)指針時(shí)所指定的數(shù)據(jù)類型來(lái)決定的
結(jié)合代碼來(lái)看：雖然d2.next是一個(gè) void 型指針，但是它的確存儲(chǔ)了一個(gè) 地址(變量 d1 的地址)。然后把這個(gè)地址賦值給dn 指針，那么通過(guò)dn指針來(lái)操作該地址內(nèi)的成員時(shí)，就取決于在定義dn時(shí)所指定的數(shù)據(jù)類型(Data1)，因此 dn->a 就可以正確的從這個(gè)地址中取出前 4 個(gè)字節(jié)，然后作為一個(gè)int型的數(shù)據(jù)打印出來(lái)。
以上代碼，如果使用clang來(lái)編譯，結(jié)果也是正確的。
用g++編譯，繼續(xù)報(bào)錯(cuò)：
- $ g++ main.c -m32 -o main -I./
- main.c: In function ‘int main()’:
- main.c:23:20: error: invalid conversion from ‘void*’ to ‘Data1* {aka _Data1_*}’ [-fpermissive]
- Data1 *dn = d2.next;
如果想讓這個(gè)錯(cuò)誤消除掉，在指針賦值時(shí)， 強(qiáng)制轉(zhuǎn)換一下即可(把void型指針強(qiáng)轉(zhuǎn)成Data1型指針，然后再賦值)：
- Data1 *dn = (Data1 *)d2.next;
四、總結(jié)
這里描述的錯(cuò)誤，幾乎很少遇到，除非是像我一樣誤碰了鍵盤。
不過(guò)，從中我們也看到了一個(gè)現(xiàn)象：gcc編譯器在面對(duì)結(jié)構(gòu)體時(shí)，主要關(guān)心的是結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存空間中所占用的空間大小，對(duì)其內(nèi)部指向結(jié)構(gòu)體類型的指針，并沒(méi)有嚴(yán)格的檢查是否存在，g++ 在這一點(diǎn)就做的嚴(yán)謹(jǐn)一些了。
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