c++ - 不兼容的指针分配是否需要在 C 中实现多态性

Question

我尝试用以下代码在 C 中模拟 C++ 的多态性:

#include<stdio.h>

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。为了让它工作，Derived 中的 base 成员也需要成为第一个成员。如何避免这两种情况？

Answer 1

不兼容的指针赋值是不必要的。根据 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域，则指向它所在的单元)，并且反之亦然。”因此，当 Derived 的第一个元素时是 Base对象，指向 Derived 的指针可以转换为指向 Base 的指针.和一个指向 Base 的指针那是 Derived 中的第一个成员可以转换为指向 Derived 的指针.

所以这是合法的。出于安全考虑，编译器可能会警告您，因为它不常见。使用显式转换可以避免这种情况:

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 仍然需要转换:

Derived *x = (Derived *) p;

至于将基地放在第一个成员之外的其他地方，那么你的立场就更不稳定了。派生到基础的方向仍然很容易； p = &d.base很好。换句话说，这可能与合法 C 最接近:

1. 获取指向基数的字符类型指针:char *c = (char *) p .在 C 语言中，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，这会为您提供指向对象第一个字节的指针。

2. 从Derived 的开头减去字节数到 Base成员:c -= offsetof(Derived, base) . (这需要包括 <stddef.h> 。)由于 c指向 Base 的第一个字节在Derived , 它指向 Derived 中的一个字节，而且你大部分(见下文)被允许治疗Derived作为一个字节数组，所以我们可以减去回到开头。 offsetof宏为此提供了字节数。

3. 将字符指针转换为指向 Derived 的指针: Derived *x = (Derived *) c .在这里，我们站稳了脚跟。如果我们将指针转换为 Derived到一个字符指针，我们可以立即将它转换回来。但是我们并没有通过那种方式得到这个指针。它指向同一个字节，但我不清楚 C 标准是否支持这个。 (实际上，上面的第 2 步有一个类似的问题；一个对象可以解释为一个字符数组，但我们是从一个方向来的，我不确定 C 标准实际上是否支持它。)

将这些放在一起，转换将是:

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

考虑到支持的不确定性，我只会在实验代码或类练习中使用它，除非我从我使用的 C 实现中得到支持该指针算法的保证。最好坚持将基数作为第一个元素，因为这些转换严格符合 C。