c - 可在 C 中的堆栈上分配的不透明类型

Question

在设计 C 接口(interface)时，通常只让用户程序需要知道的内容进入公共(public)接口(interface) (.h)。

因此，例如，如果用户程序不需要知道结构的内部组件，则它们应该保持隐藏。这确实是一个很好的做法，因为该结构的内容和行为将来可能会发生变化，而不会影响界面。

实现该目标的一个好方法是使用不完整的类型。

typedef struct foo opaqueType;

现在可以构建仅使用指向 opaqueType 的指针的接口(interface)，用户程序无需知道 struct foo 的内部工作。

但有时，可能需要静态分配此类结构，通常是在堆栈上，以解决性能和内存碎片问题。显然，通过上述构造，opaqueType是不完整的，所以它的大小是未知的，所以不能静态分配。

解决方法是分配一个“shell 类型”，例如:

typedef struct { int faketable[8]; } 不透明类型；

上面的构造强制了大小和对齐方式，但没有进一步描述结构真正包含的内容。因此它符合保持类型“不透明”的目标。

它大部分都有效。但在一种情况下 (GCC 4.4)，编译器提示它破坏了严格的别名，并且生成了错误的二进制文件。

现在，我已经阅读了大量关于严格别名的文章，所以我想我现在明白它的意思了。

问题是:有没有办法定义一个不透明类型，它仍然可以在堆栈上分配，并且不会违反严格的别名规则？

请注意，我已经尝试了 union method described in this excellent article但它仍然会生成相同的警告。

另请注意，visual、clang 和 gcc 4.6 及更高版本不会提示并且可以很好地处理此构造。

[编辑] 信息补充:

根据测试，该问题只出现在以下情况:

• 私有(private)和公共(public)类型不同。我在 .c 文件中将公共(public)类型转换为私有(private)类型。他们是否属于同一个 union 显然无关紧要。公共(public)类型是否包含 char 并不重要。
• 如果对私有(private)类型的所有操作都只是读取，那没有问题。只有写入会导致问题。
• 我还怀疑只有自动内联的函数才会遇到麻烦。
• 问题只发生在 gcc 4.4 的 -O3 设置中。 -O2 很好。

最后，我的目标是C90。如果真的别无选择，也许是 C99。

Answer 1

您可以使用 max_align_t 强制对齐您可以使用 char 的数组来避免严格的别名问题自 char明确允许别名任何其他类型。

类似的东西:

#include <stdint.h>
struct opaque
{
    union
    {
        max_align_t a;
        char b[32]; // or whatever size you need.
    } u;
};

如果你想支持没有 max_align_t 的编译器，或者如果您知道真实类型的对齐要求，那么您可以为 a 使用任何其他类型 union 成员(member)。

更新:如果您的目标是 C11，那么您也可以使用 alignas() :

#include <stdint.h>
#include <stdalign.h>
struct opaque
{
    alignas(max_align_t) char b[32];
};

当然，你可以替换max_align_t使用您认为合适的任何类型。甚至是整数。

更新#2:

然后，在库中使用这种类型将遵循以下原则:

void public_function(struct opaque *po)
{
    struct private *pp = (struct private *)po->b;
    //use pp->...
}

这样，因为您正在对指向 char 的指针进行类型双关你没有违反严格的别名规则。