C語言邊角料：結構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
一、前言
昨天在編譯代碼的時候，之前一直OK的一個地方，卻突然出現了好幾個 Warning!
本著強迫癥要消滅一切警告的做法，最終定位到：是結構體內部， 指向結構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: 我的測試環境是 Ubuntu16.04-64，編譯器使用系統自帶的 gcc-5.4.0。
二、問題描述
1. 正常的代碼
比較簡單：結構體 struct _Data2_ 的第 2 個成員變量是一個指針，指向的數據類型是結構體 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、執行，都沒有問題：
- $ gcc main.c -m32 -o main
- $ ./main
- d1 = 0xffdc72f0
- d2 = 0xffdc72f4
2. 錯誤的代碼
現在我們來模擬誤碰鍵盤操作，把 struct _Data2_ 中 next 成員指向的數據類型，改為一個 不存在的結構體：
- 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，現在執行編譯指令 gcc main.c -m32 -o main，將會得到什么結果?
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構體類型的時候，最重要的就是需要知道結構體類型 所占據的內存空間的大小。
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據類型：結構體 _Data2。
gcc 繼續讀取結構體內部的每一個字符，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據類型是否存在，它只是為 next 保留了 4 個字節的內存空間(32位系統)。
然后 gcc 在解析 Data2 d2 = {2, &d1}; 這一行時，就發現 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_ 這個結構體類型不存在!
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： 指針就是一個地址，至于如何來解釋這個地址中的內容，這是由定義這個指針時所指定的數據類型來決定的
結合代碼來看：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的成員時，就取決于在定義dn時所指定的數據類型(Data1)，因此 dn->a 就可以正確的從這個地址中取出前 4 個字節，然后作為一個int型的數據打印出來。
以上代碼，如果使用clang來編譯，結果也是正確的。
用g++編譯，繼續報錯：
- $ 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， 強制轉換一下即可(把void型指針強轉成Data1型指針，然后再賦值)：
- Data1 *dn = (Data1 *)d2.next;
四、總結
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象：gcc編譯器在面對結構體時，主要關心的是結構體在內存空間中所占用的空間大小，對其內部指向結構體類型的指針，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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