c中强制转换结构的分段错误

Question

为了封装结构成员（以与本问题讨论类似的方式），我创建了以下代码。

在下面的代码中，我有一个c结构，它包含一些方法来访问隐藏的结构成员（通过强制转换为结构，其他方法相同，但没有隐藏的属性）

#include <stdio.h>

typedef struct class {
    int publicValue;
    int (*getPV)();
    void (*setPV)(int newPV);
} class;

typedef struct classSource {
    int publicValue;
    int apv;
    int (*getPV)();
    void (*setPV)(int newPV);
    int PV;
} classSource;

class class_init() {
    classSource cs;
    cs.publicValue = 15;
    cs.PV = 8;
    int class_getPV() {
        return cs.PV;
    };
    void class_setPV(int x) {
        cs.PV = x;
    };
    cs.getPV = class_getPV;
    cs.setPV = class_setPV;
    class *c = (class*)(&cs);
    return *c;
}


int main(int argc, const char * argv[]) {
    class c = class_init();
    c.setPV(3452);
    printf("%d", c.publicValue);
    printf("%d", c.getPV());
    return 0;
}

运行此命令时，出现分段错误错误。 但是，我注意到，如果我注释掉某些代码行，它似乎可以正常工作：

#include <stdio.h>

typedef struct class {
    int publicValue;
    int (*getPV)();
    void (*setPV)(int newPV);
} class;

typedef struct classSource {
    int publicValue;
    int apv;
    int (*getPV)();
    void (*setPV)(int newPV);
    int PV;
} classSource;

class class_init() {
    classSource cs;
    cs.publicValue = 15;
    cs.PV = 8;
    int class_getPV() {
        return cs.PV;
    };
    void class_setPV(int x) {
        cs.PV = x;
    };
    cs.getPV = class_getPV;
    cs.setPV = class_setPV;
    class *c = (class*)(&cs);
    return *c;
}


int main(int argc, const char * argv[]) {
    class c = class_init();
    c.setPV(3452);
    //printf("%d", c.publicValue);
    printf("%d", c.getPV());
    return 0;
}

我认为它可能与使用初始化程序将getter和setter方法添加到结构有关，因为它们可能会覆盖内存。

我正在做未定义的行为吗？ 有没有办法解决这个问题？

编辑：在下面的答案的帮助下，我重新编写了代码。 如果有人想看一下实现，下面是修改后的代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct {
    int pub;
} class;

typedef struct {
    class public;
    int PV;
} classSource;

int class_getPV(class *c) {
    return ((classSource*)c)->PV;
}

void class_setPV(class *c, int newPV) {
    ((classSource*)c)->PV = newPV;
}

class *class_init() {
    classSource *cs = malloc(sizeof(*cs));
    if((void*)cs == (void*)NULL) {
        printf("Error: malloc failed to allocate memory");
        exit(1);
    }
    cs->public.pub = 10;
    cs->PV = 8;
    return &(cs->public);
}

int main() {
    class *c = class_init();
    class_setPV(c,4524);
    printf("%d\n",class_getPV(c));
    printf("%d\n",c->pub);

    free(c);
    return 0;
}

Answer 1

您的代码中至少有三个独立的问题。

1. 实际上，您实际上没有“ 结构相同，但没有隐藏属性 ”。 您的class和classSource结构在不同位置具有其getPV和setPV成员。 内部成员访问可归结为从结构开头的字节偏移量。 为了获得成功的机会，您的代码将需要在两种结构类型之间具有相同的成员初始前缀（即，删除int apv;或将其移至末尾）。

2. 您将按值返回结构，该结构会自动创建一个副本。 您已经重新实现了对象切片问题：因为返回值的类型为class ，所以只会复制class的成员。 classSource的额外成员已被“分割”。

3. 您正在使用嵌套函数。 这不是C的标准功能。 GCC将其实现为扩展，并说：

   如果您尝试在包含函数退出后通过其地址调用嵌套函数，那么所有地狱都会变得松散。

   这正是代码中发生的事情：您正在调用c.setPV(3452); 和class_init返回后的c.getPV 。

如果要解决这些问题，则必须：

1. 修复您的结构定义。 至少所有class成员都必须以相同顺序出现在classSource的开头。 即使您这样做，我也不确定您是否仍不会遇到未定义的行为（例如，您可能违反了别名规则）。

   我可以肯定地将一个结构嵌入另一个结构中，但是：

    typedef struct classSource { class public; int PV; } classSource; 

   现在，您可以从初始化程序中返回&cs->public ，并且您的方法可以将class *指针转换回classSource * 。 （我认为这是可以的，因为所有结构指针都具有相同的大小/表示形式，并且保证X.public作为第一个成员具有与X相同的内存地址。）

2. 更改代码以改为使用指针。 返回指向结构的指针可以避免切片问题，但是现在您必须注意内存管理（ malloc结构并注意以后free它）。

3. 不要使用嵌套函数。 而是将指向对象的指针传递给每个方法：

    class *c = class_init(); c->setPV(c, 3452); int x = c->getPV(c); 

   这有点乏味，但这实际上是例如C ++在后台执行的操作。 除了C ++不会在对象本身中放置函数指针外，其他函数都可以。 没有理由何时可以使用常规功能：

    setPV(c, 3452); int x = getPV(c); 

   ...或使用单独的（全局，常量，单例）结构，该结构仅存储指向方法的指针（不包含数据）。 然后，每个对象仅包含一个指向此方法结构的指针（称为vtable）：

    struct classInterface { void (*setPV)(class *, int); int (*getPV)(const class *); }; static const classInterface classSourceVtable = { class_setPV, // these are normal functions, defined elsewhere class_getPV }; 

   方法调用如下所示：

    c->vtable->setPV(c, 1234); int x = c->vtable->getPV(c); 

   但这主要是有用的，如果您有几种不同的结构类型共享一个公共的公共接口（ class ），并且您想要编写对所有结构都统一工作的代码。