c - 简单的结构继承和伪多态与严格的别名

Question

如果有人回答了我的问题，请不要告诉我使用C++。

因此，我正在使用C编写一个小型库，该库使用了一种面向对象的方法。我选择在C中使用两种主要的继承方法中比较少见的一种:将基本类型的成员复制到派生类型的开头。像这样的东西:

struct base {
  int a;
  int b;
  char c;
};

struct derived {
  int a;
  int b;
  char c;
  unsigned int d;
  void (*virtual_method)(int, char);
};

这种方法不如另一种方法(基类型的实例作为派生类型的第一个成员)流行，因为

从技术上来说，

不能可靠地保证基础和派生结构的第一个公共(public)成员将具有相同的偏移量。但是，除了其中一个结构被打包而另一个结构没有打包的情况以外，它们在大多数(如果不是全部)已知编译器上具有相同的偏移量。

这种方法最严重的缺陷:它违反了严格的别名。将指针转换为派生结构的指针为其基本类型，然后取消对该指针的引用在技术上是未定义的行为。

但是，与其他方法相比，它也有其优点:

不太详细:访问已继承的派生结构的成员与访问未继承的成员相同，而不是强制转换为基本类型，然后访问所需的成员。

这实际上是真正的继承而不是组成；

与其他方法一样容易实现，尽管可能需要一点预处理器滥用。

我们可以得到实际的多重继承的半生半熟的形式，在这里我们可以从几种基本类型继承，但是只能转换为其中一种。

我一直在研究使我的库编译并与使用严格别名(例如 gcc )的编译器正确工作的可能性，而无需用户手动将其关闭。这是我研究过的可能性:

联盟。令人遗憾的是，出于以下几个原因，这些是不可以的:

Verbosity回来了!要遵循通过 union 访问2个结构的第一个公共(public)成员的标准规则，必须(从C99开始)明确使用 union 来访问第一个公共(public)成员。我们需要特殊的语法来访问 union 中每种类型的成员!

空间。考虑一个继承层次结构。我们希望能够从其每个派生类型强制转换为该类型。我们想针对每种类型做到这一点。我看到的唯一可行的 union 雇用解决方案是整个层次结构的 union ，必须将其用于将派生类型的实例转换为基本类型。并且它必须与整个层次结构中最派生的类型一样大...

使用memcpy而不是直接取消引用(例如here)。这看起来是一个不错的解决方案。但是，函数调用会产生开销，是的，也是冗长的。据我了解，也可以通过将指向结构的指针转换为指向memcpy的指针，然后取消引用char的方式来手动完成操作，如下所示:(member_type)(*((char*)(&struct_pointer->member))) = new_value; Gah，又是冗长。好吧，这可以用宏包装。但是，如果我们将指针转换为不兼容类型的指针，然后将其转换为char*并取消引用，那仍然可行吗？像这样:(member_type)(*((char*)(&((struct incompatible_type*)struct_pointer)->member))) = new_value;

声明所有要转换为volatile的类型的实例。我想知道为什么这种情况不会经常出现。据我所知，volatile用来告诉编译器指针所指向的内存可能会意外更改，因此基于指向性内存段将不会更改的假设取消优化，这是导致错误的原因。所有严格混叠的问题。当然，这仍然是不确定的行为。但是对于“骇客地”禁用某些类型的某些实例的严格别名优化，这不是可行的跨平台解决方案吗？

除了上述问题，还有两个:

我上面说的是错误的吗？

我错过了一些对我有帮助的东西吗？

Answer 1

我认为您关于通过char*进行强制转换的想法不正确。
规则是:

An object shall have its stored value accessed only by an lvalue expression that has one of the following types

表达式的子表达式兼容，但整体表达式不兼容。

我认为唯一现实的方法是合成:

struct base {
  int a;
  int b;
  char c;

  void (*virtual_method)(base*/*this*/,int, char);

};

struct derived {
    struct base;
    unsigned int d;
};

我意识到，这是实现继承的一种不吸引人的方法。

PS:我没有将您的虚拟成员函数指针放在派生类中。它需要可以从 base进行访问，因此需要在那里声明(假设 base和 derived都存在一个多态函数)。
我还添加了一个 this参数，使模型更加丰富。