将一个结构指针转换为另一个 – C

请考虑以下代码。

enum type {CONS, ATOM, FUNC, LAMBDA}; typedef struct{ enum type type; } object; typedef struct { enum type type; object *car; object *cdr; } cons_object; object *cons (object *first, object *second) { cons_object *ptr = (cons_object *) malloc (sizeof (cons_object)); ptr->type = CONS; ptr->car = first; ptr->cdr = second; return (object *) ptr; } 

在cons函数中，变量ptr的类型为cons_object* 。 但在返回值中，它将转换为object*类型object* 。

1. 我想知道这是怎么可能的，因为cons_object和object是不同的结构。
2. 做这样的事情有什么问题吗？

有什么想法吗！

Answer 1

这很好，是在C中实现“面向对象”的一种相当常见的技术。因为struct的内存布局在C中定义良好，只要两个对象共享相同的布局，就可以安全地在两者之间转换指针。他们。 也就是说， type成员的偏移量在object结构中与cons_object结构中的cons_object 。

在这种情况下， type成员告诉API object是cons_object还是foo_object或其他类型的对象，因此您可能会看到如下所示的内容：

 void traverse(object *obj) { if (obj->type == CONS) { cons_object *cons = (cons_object *)obj; traverse(cons->car); traverse(cons->cdr); } else if (obj->type == FOO) { foo_object *foo = (foo_object *)obj; traverse_foo(foo); } else ... etc } 

更常见的是，我似乎将“父”类定义为“子”类的第一个成员，如下所示：

 typedef struct { enum type type; } object; typedef struct { object parent; object *car; object *cdr; } cons_object; 

这在很大程度上是相同的，除了你有一个强烈的保证，孩子“类”的记忆布局将与父母相同。 也就是说，如果你向’base’ object添加一个成员，它将自动被孩子们拾取，你不必手动确保所有结构都是同步的。

Answer 2

要添加到Dean的答案，这里有一些关于指针转换的内容。 我忘记了这个术语是什么，但是指向指针强制转换的指针不执行任何转换（与浮点数相同的是int）。 它只是对它们指向的位的重新解释（所有这些都是为了编译器的好处）。 “非破坏性转换”我认为是。 数据不会改变，只是编译器如何解释所指向的内容。

例如，
如果ptr是指向object的指针，则编译器知道存在具有特定偏移量的字段，该偏移量称为type为enum type 。 另一方面，如果ptr被转换为指向不同类型的指针cons_object ，它将再次知道如何以类似的方式访问cons_object各个字段，每个字段具有它们自己的偏移量。

为了说明cons_object的内存布局：

  +---+---+---+---+ cons_object *ptr -> | t | y | p | e | enum type +---+---+---+---+ | c | a | r | | object * +---+---+---+---+ | c | d | r | | object * +---+---+---+---+ 

type字段的偏移量为0， car为4， cdr为8.要访问car字段，所有编译器需要做的是将4添加到结构的指针。

如果指针被强制转换为指向object的指针：

  +---+---+---+---+ ((object *)ptr) -> | t | y | p | e | enum type +---+---+---+---+ | c | a | r | | +---+---+---+---+ | c | d | r | | +---+---+---+---+ 

所有编译器需要知道的是有一个名为type的字段，偏移量为0.内存中的内容是什么。

指针甚至不必相关。 您可以拥有一个指向int的指针并将其cons_object转换为指向cons_object的指针。 如果您要访问car领域，它就像任何普通的内存访问一样。 它与结构的开头有一定的偏差。 在这种情况下，该内存位置的内容是未知的，但这并不重要。 要访问字段，只需要偏移量，并在类型的定义中找到该信息。

指向int的指针指向内存块：

  +---+---+---+---+ int *ptr -> | i | n | t | | int +---+---+---+---+ 

转向cons_object指针：

  +---+---+---+---+ ((cons_object *)ptr) -> | i | n | t | | enum type +---+---+---+---+ | X | X | X | X | object * +---+---+---+---+ | X | X | X | X | object * +---+---+---+---+ 

Answer 3

使用单独的结构违反了严格的别名规则，并且是未定义的行为： http ： //cellperformance.beyond3d.com/articles/2006/06/understanding-strict-aliasing.html

在Dean的最后一个例子中使用嵌入式结构很好。