c - C 中的结构继承限制

Question

我确实在互联网上查过相关信息，但仍然存在一些不确定性。

Struct Inheritance in C

Casting one struct pointer to other - C

http://cellperformance.beyond3d.com/articles/2006/06/understanding-strict-aliasing.html

(我读到的有关库的二进制兼容性的内容是针对 C++ 的)

我的问题可能有解决方案，但需要我深入修改现有的数学和几何库:Typesafe inheritance in C

上下文

在 C 中，将指针转换为兼容类型的能力很方便，例如:

typedef struct  s_pnt2
{
    t_real  x;
    t_real  y;
}               t_pnt2;

typedef struct  s_pnt3
{
    t_real  x;
    t_real  y;
    t_real  z;
}               t_pnt3;

(已编辑)允许将 3D 点转换为 2D 点(因为 R^2 与 R^3 的任何超平面同构)

此外:

typedef union   u_vec2
{
    t_pnt2  carthesian;
    t_real  matrix[2];
    struct
    {
        t_real  rep;
        t_real  imp;
    }       rectangular;
    struct
    {
        t_real  mod;
        t_real  arg;
    }       polar;
}               t_vec2;

typedef union   u_vec3
{
    t_pnt3  carthesian;
    t_real  matrix[3];
    struct
    {
        t_real  rho;
        t_real  theta;
        t_real  phi;
    }       spherical;
    struct
    {
        t_real  r;
        t_real  theta;
        t_real  z;
    }       cylindrical;
}               t_vec3;

这些并集允许人们在不同的系统中显式地表达一个点的坐标，而所使用的空间并不更大，最重要的是，兼容性仍然存在。

在实现将给定 vector 从一个系统转换为另一个系统的函数时，我偶然发现存储当前系统是一个好点。所以我创建了一个枚举:

typedef enum    e_type
{
    CARTHESIAN,
    CYLINDRICAL,
    SPHERICAL,
    POLAR = CYLINDRICAL,
    RECTANGULAR = CARTHESIAN
}               t_type;

问题

我现在必须存储一个 t_type (int) 类型的变量，并面临一个问题:要么我把它放在最后，并且维度之间的兼容性松散:编辑:

+---+         +---+
| x | matches | x |
+---+         +---+
| y | matches | y |
+---+         +---+
| t | doesn't | z |
+---+         +---+
              | t |
              +---+

或者把它放在开头(就像 X11 和 XEvent 一样)，并且与矩阵的兼容性松散，以及(编辑)声明 vector 的能力，例如:

t_vec3 vector = (t_vec3){{x, y, z}}

还有更好的方法吗？

即使我在这种情况下不需要它，我也会感兴趣是否有办法保持二进制兼容性。

更一般地说，欢迎任何有关良好习惯的建议!

感谢您的宝贵时间

编辑:@llja:是的，我可以做类似的事情

typedef struct  s_vec2t
{
    t_type  type;
    t_vec2  p;
}               t_vec2t

缺点是:

1. 要访问某些数据，我应该执行以下操作:

   t_vec2t point = (t_vec2t){CARTHESIAN, (t_vec2){{x, y}}}
   point.p.carthesian.x;
   

2. 这意味着我必须使用点修改所有函数，以便它们现在使用类型化点？

Answer 1

大部分可以通过继承完成的事情，都可以通过组合来完成。事实上，像 clang++ 这样的 C++ 编译器内部使用组合来实现继承，您在调试时会看到这一点。

#include <stdio.h>

struct point_1d {
    double x;
};

void point_1d_print(struct point_1d const * const point) {
    printf("x=%lf", point->x);
}

struct point_2d {
    struct point_1d p;
    double y;
};

void point_2d_print(struct point_2d const * const point) {
    point_1d_print(&point->p);
    printf(", y=%lf", point->y);
}

struct point_3d {
    struct point_2d p;
    double z;
};

void point_3d_print(struct point_3d const * const point) {
    point_2d_print(&point->p);
    printf(", z=%lf", point->z);
}

void switch_xy(struct point_2d * point) {
    double const tmp = point->p.x;
    point->p.x = point->y;
    point->y = tmp;
}

int main(void) {
    struct point_3d point;
    // Direct access
    point.p.p.x = 1.5;
    point.p.y = 2.0;
    point.z = 3.0;
    // Pretend polymorphism
    switch_xy(&point.p);
    point_3d_print(&point);
    printf("\n");
    return 0;
}

当然，您可以组合多个结构来模拟多重继承。派生指向父级的指针 (point_3d → point_2d → point_1d) 很简单，但没有安全的方法可以从 point_1d 返回到 point_2d。