C語言邊角料：結(jié)構(gòu)體中指針類型的成員變量，它的類型重要嗎？

• 一、前言

• 二、問題描述

• 三、把類型改為 void 指針類型

• 四、總結(jié)

一、前言

昨天在編譯代碼的時候，之前一直O(jiān)K的一個地方，卻突然出現(xiàn)了好幾個 Warning!

本著強迫癥要消滅一切警告的做法，最終定位到：是結(jié)構(gòu)體內(nèi)部， 指向結(jié)構(gòu)體類型的指針成員變量導致的問題。

這個問題，也許永遠不會碰到，之所以被我趕上了，應該是因為某個時候手賤， 誤碰了鍵盤導致。

下面一一道來。

PS: 我的測試環(huán)境是 Ubuntu16.04-64，編譯器使用系統(tǒng)自帶的 gcc-5.4.0。

二、問題描述

1. 正常的代碼

比較簡單：結(jié)構(gòu)體 struct _Data2_ 的第 2 個成員變量是一個指針，指向的數(shù)據(jù)類型是結(jié)構(gòu)體 struct _Data1_。

typedef struct _Data1_
{
    int a;
}Data1;

typedef struct _Data2_
{
    int b;
    struct _Data1_ *next;
}Data2;

int main()
{
    Data1 d1 = {1};
    Data2 d2 = {2, &d1};

    printf("d1 = %p \n", &d1);
    printf("d2 = %p \n", &d2);

}

編譯、執(zhí)行，都沒有問題：

$ gcc main.c -m32  -o main 
$ ./main 
d1 = 0xffdc72f0 
d2 = 0xffdc72f4

2. 錯誤的代碼

現(xiàn)在我們來模擬誤碰鍵盤操作，把 struct _Data2_ 中 next 成員指向的數(shù)據(jù)類型，改為一個 不存在的結(jié)構(gòu)體：

typedef struct _Data2_
{
    int b;
    struct _Data3_ *next;
}Data2;

在測試代碼中，struct _Data3_ 肯定是不存在的。

好了，現(xiàn)在執(zhí)行編譯指令 gcc main.c -m32 -o main，將會得到什么結(jié)果？

可以停下來稍微 思考一下。

我之前的預期是：gcc 會 報錯，找不到 struct _Data3_ 這個類型。

實際情況是：

$ gcc main.c -m32  -o main -I./ 
main.c: In function ‘main’:
main.c:18:20: warning: initialization from incompatible pointer type [-Wincompatible-pointer-types]
     Data2 d2 = {2, &d1};
                    ^
main.c:18:20: note: (near initialization for ‘d2.next’)
$ ./main 
d1 = 0xffd8ee70 
d2 = 0xffd8ee74

好神奇吧， gcc 居然不報錯！那么我們就按照 gcc 的方式來理解一下。

我們知道，編譯器在遇到一個結(jié)構(gòu)體類型的時候，最重要的就是需要知道結(jié)構(gòu)體類型 所占據(jù)的內(nèi)存空間的大小。

gcc 在遇到 struct _Data2_ 這個字符串時，判斷出它是一個用戶自定義的數(shù)據(jù)類型：結(jié)構(gòu)體 _Data2。

gcc 繼續(xù)讀取結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的每一個字符，在讀取到 *next 時，知道它是一個 指針。

此時它并并沒確認該指針所指向的數(shù)據(jù)類型是否存在，它只是為 next 保留了  4 個字節(jié)的內(nèi)存空間(32位系統(tǒng))。

然后 gcc 在解析 Data2 d2 = {2, &d1}; 這一行時，就發(fā)現(xiàn) 類型不匹配了：data2 的 next 需要的是 struct _Data3_ 類型的指針，但是賦值的 d1 是 struct _Data1_ 類型，于是給出警告信息。

我們用其他的編譯器試一下：

(1) clang

$ clang main.c -m32  -o main -I./ 
main.c:18:20: warning: incompatible pointer types initializing 'struct _Data3_ *' with an expression of type 'Data1 *'
      (aka 'struct _Data1_ *') [-Wincompatible-pointer-types]
    Data2 d2 = {2, &d1};
                   ^~~
1 warning generated.
$ ./main 
d1 = 0xffb1b3a0 
d2 = 0xffb1b398

(2) g++

$ g++ main.c -m32  -o main -I./ 
main.c: In function ‘int main()’:
main.c:18:23: error: cannot convert ‘Data1* {aka _Data1_*}’ to ‘_Data3_*’ in initialization
     Data2 d2 = {2, &d1};

看起來，只有 g++ 進一步確認了 _Data3_ 這個結(jié)構(gòu)體類型不存在！

三、把類型改為 void 指針類型

把 struct _Data2_ 中的 next 成員，改為 指向 void 型的指針，然后在 main 函數(shù)中操作它。

typedef struct _Data1_
{
    int a;
}Data1;

typedef struct _Data2_
{
    int b;
    void *next;
}Data2;

int main()
{
    Data1 d1 = {1};    
    Data2 d2 = {2, &d1};
    
    Data1 *dn = d2.next;
    printf("dn->a = %d \n", dn->a);
}

編譯、執(zhí)行：

$ gcc main.c -m32  -o main -I./ 
$ ./main 
dn->a = 1

可以看到：Data1 *dn = d2.next; 這一行把指向 void 型的 d2.next 賦值給指向Data1型的指針變量 dn，然后在 printf 語句中可以正確地打印出dn中的成員變量a。

這又回到了指針的本質(zhì)： 指針就是一個地址，至于如何來解釋這個地址中的內(nèi)容，這是由定義這個指針時所指定的數(shù)據(jù)類型來決定的

結(jié)合代碼來看：雖然d2.next是一個 void 型指針，但是它的確存儲了一個 地址（變量 d1 的地址）。然后把這個地址賦值給dn 指針，那么通過dn指針來操作該地址內(nèi)的成員時，就取決于在定義dn時所指定的數(shù)據(jù)類型(Data1)，因此 dn->a 就可以正確的從這個地址中取出前 4 個字節(jié)，然后作為一個int型的數(shù)據(jù)打印出來。

以上代碼，如果使用clang來編譯，結(jié)果也是正確的。

用g++編譯，繼續(xù)報錯：

$ g++ main.c -m32  -o main -I./ 
main.c: In function ‘int main()’:
main.c:23:20: error: invalid conversion from ‘void*’ to ‘Data1* {aka _Data1_*}’ [-fpermissive]
     Data1 *dn = d2.next;

如果想讓這個錯誤消除掉，在指針賦值時， 強制轉(zhuǎn)換一下即可(把void型指針強轉(zhuǎn)成Data1型指針，然后再賦值)：

Data1 *dn = (Data1 *)d2.next;

四、總結(jié)

這里描述的錯誤，幾乎很少遇到，除非是像我一樣誤碰了鍵盤。

不過，從中我們也看到了一個現(xiàn)象：gcc編譯器在面對結(jié)構(gòu)體時，主要關(guān)心的是結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存空間中所占用的空間大小，對其內(nèi)部指向結(jié)構(gòu)體類型的指針，并沒有嚴格的檢查是否存在，g++ 在這一點就做的嚴謹一些了。

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