將struct指針轉換為另一個struct

Question

此代碼段打印值5 。 我不明白為什么。

#include <stdio.h>

struct A
{
    int x;
};

struct B
{
    struct A a;
    int y;
};

void printA(struct A *a)
{
    printf("A obj: %d\n", a->x);
}

int main()
{
    struct B b = {
        {
            5
        },
        10
    };

    struct A *a = (struct A*)&b;
    printA(a);

    printf("Done.\n");

    return 0;
}

當我創建b ，指向它的指針將指向數據{ {5}, 10 } 。

當我將&b為struct A* ，我向編譯器保證這個struct A*指向數據類型為int的單個數據元素的結構。 相反，我提供了一個指向數據類型struct A ， int的兩個數據元素的結構的指針。

即使第二個變量被忽略（因為struct A只有一個數據成員），我仍然提供一個結構，其成員的數據類型為struct A ，而不是int 。

因此，當我通過在a給printA ，線a->x進行，基本上，要求訪問的第一數據元素a 。 的第一數據元素a的數據類型的struct A ，這是一種類型不匹配，由於%d期待一個數字，而不是一個struct A 。

到底發生了什么？

Answer 1

當我創建b ，指向它的指針將指向數據{ {5}, 10 } 。

是的，從某種意義上講，它是適合類型且價值正確的C初始化程序的文本。 這文字本身不應該按字面意思理解為結構的價值。

當我將&b為struct A* ，我向編譯器保證這個struct A*指向數據類型為int的單個數據元素的結構。

不，不完全是。 您正在將表達式&b的值轉換為類型struct A * 。 結果指針實際指向struct A是一個單獨的問題。

相反，我提供了一個指向數據類型struct A ， int的兩個數據元素的結構的指針。

不，不是“反而”。 鑒於struct B的第一個成員是struct A ，並且C禁止在結構的第一個成員之前填充，指向struct B的指針也指向struct A - B的第一個成員 - 在一般意義上。 正如@EricPostpischi在注釋中觀察到的那樣，C標准在您的特定情況下明確指定結果：給定struct B b ，將指針b轉換為類型struct A *產生指向b的第一個成員的struct A ，即struct A

即使第二個變量被忽略（因為struct A只有一個數據成員），我仍然提供一個結構，其成員的數據類型為struct A ，而不是int 。

struct B表示的第一個sizeof(struct A)字節構成其第一個成員的表示形式，即struct A 后者是前者的成員除了在記憶中的重疊之外沒有任何物理表現。

即使語言沒有明確指定它，給定你的變量b作為struct B聲明，也沒有實際的理由期望表達式(struct A*)&b == &b.a將評估為false，並且毫無疑問，右手指針可用於訪問struct A

因此，當我通過在一個給printA ，線a->x進行，基本上，要求訪問的第一數據元素a 。

是的，這就是一個斷言進入那a確實指向一個struct A 。 正如您已經討論的那樣，它在您的情況下做了什

的第一數據元素a是數據類型的struct A ，

根據定義， *a是struct A 具體來說，它是struct A其表示與b的表示的開頭重疊。 如果沒有這樣的struct A那么行為將是未定義的，但這不是問題。 像每個struct A ，它有一個由x指定的成員，它是一個int 。

這是一種類型不匹配，因為%d期望數字，而不是struct A

你的意思是期待一個int 。 這就是它的結果。 這就是表達式a->x讀取的內容，假設行為是完全定義的，因為這是該表達式的類型。 在不同的情況下，行為可能確實沒有定義，但在任何情況下，該表達式都不會提供struct A

到底發生了什么？

似乎正在發生的事情是你正在想象比C實際提供的更高級別的語義。 特別是，您似乎將結構的心智模型作為可區分成員對象的列表，這會導致您形成不正確的期望。

也許您更熟悉一種弱類型語言，如Perl，或動態類型語言，如Python，但C的工作方式不同。 您無法查看C對象並且有用地詢問“您的類型是什么”？ 相反，您通過用於訪問它的表達式的靜態類型的鏡頭來查看每個對象。

Answer 2

語言 - 律師解釋為什么代碼是好的：

• C中的任何指針都可以轉換為任何其他指針類型。 （C176.3.2§7）。
• 如果在轉換后取消引用指向對象是安全的，則取決於：1）如果類型是兼容的，從而正確對齊，2）如果允許使用的相應指針類型為別名。

• 作為一種特殊情況，指向結構類型的指針等效於指向其第一個成員的指針。 C176.7.2§15的相關部分說：

  指向適當轉換的結構對象的指針指向其初始成員（或者如果該成員是位字段，則指向它所在的單元），反之亦然。

• 這意味着(struct A*)&b很好。 &b適當地轉換為正確的類型。

• 沒有違反“嚴格別名”，因為我們符合C176.5§7：

  對象的存儲值只能由具有以下類型之一的左值表達式訪問：

  • 與對象的有效類型兼容的類型，...
  • 聚合或聯合類型，包括其成員中的上述類型之一

  初始成員的有效類型是struct A 在print函數中發生的左值訪問很好。 struct B也是一種聚合類型，在其成員中包含struct A ，因此無論頂部引用的初始成員規則如何，都不可能發生嚴格的別名沖突。

Answer 3

對於這種情況，C標准中有一條特殊規則。 C 2011 6.7.2.1 15說：

指向適當轉換的結構對象的指針指向其初始成員（或者如果該成員是位字段，則指向它所在的單元），反之亦然。