是否需要不兼容的指针来实现C中的多态性

我尝试使用以下代码在C中模拟C ++的多态性：

#include typedef struct Base { void (*out) (void); } Base; typedef struct Derived { Base base; int x; } Derived; void base_out() { printf("base\n"); } void derived_out() { printf("derived\n"); } void foo(void) { Derived d; Base b; b.out = base_out; d.base.out = derived_out; Base *p; p = &b; p->out(); //warning: assignment from incompatible pointer type p = &d; p->out(); } int main(void) { foo(); } 

但是当p = &d时，我必须做不兼容的指针赋值。 为了使其工作， Derived base成员也必须是第一个成员。 如何避免这两种情况？

Answer 1

不需要不兼容的指针赋值。 Per C 2011 [draft N1570] 6.7.2.1 15，“指向结构对象的指针，经过适当转换，指向其初始成员（或者如果该成员是位字段，则指向它所在的单位），以及反之亦然。“因此，当Derived的第一个元素是Base对象时，可以将指向Derived的指针转换为指向Base的指针。 并且指向作为Derived第一个成员的Base的指针可以转换为指向Derived的指针。

所以这是合法的。 编译器可能会警告你这是安全的，因为它很不寻常。 使用显式强制转换可以避免：

 p = (Base *) &d; 

或者，您可以直接获取基地址：

 p = &d.base; 

但是，从Base返回到Derived仍需要强制转换：

 Derived *x = (Derived *) p; 

至于把基地放在除了作为第一个成员之外的某个地方，那么你就是在更加狡猾的地方。 派生到基地的方向仍然很容易; p = &d.base很好。 换句话说，这可能就像你可以达到法定C一样接近：

1. 获取指向基数的字符类型指针： char *c = (char *) p 。 在C中，将任何指向对象的指针转换为指向字符类型的指针是合法的，这将为您提供指向对象的第一个字节的指针。

2. 减去从Derived开始到Base成员的字节数： c -= offsetof(Derived, base) 。 （这需要包括 。）因为c指向Derived Base的第一个字节，它指向Derived中的一个字节，并且你大部分（见下文）允许将Derived视为一个字节数组，所以我们可以减去回到开头。 offsetof宏提供了该字节的字节数。

3. 将字符指针转换为指向Derived的指针： Derived *x = (Derived *) c 。 在这里，我们处于不稳定的状态。 如果我们将指向Derived的指针转换为字符指针，我们可以立即将其转换回来。 但是我们没有以这种方式得到这个指针。 它指向相同的字节，但我不清楚C标准是否支持这一点。 （实际上，上面的步骤2有一个类似的问题;一个对象可以解释为一个字符数组，但我们是从一个我不确定C标准实际支持的方向来实现的。）

把这些放在一起，转换将是：

 Derived *x = (Derived *) ((char *) p - offsetof(Derived, base)); 

鉴于支持的不确定性，我只会在实验代码或课堂练习中使用它，除非我从我使用的C实现得到保证，支持这种指针算法。 最好坚持使用底座作为第一个元素，因为那些转换严格符合C.