easy struct inheritance&pseudo-polymorphism vs strict aliasing

Question

如果有人回答我的问题,请不要告诉我使用C++.

所以,我在C中创建了一个使用面向对象方法的小型库.我选择在C中使用两种主要的继承方法中较不常见的方法:将基类型的成员复制到派生类型的开头.像这样的东西:

struct base {
  int a;
  int b;
  char c;
};

struct derived {
  int a;
  int b;
  char c;
  unsigned int d;
  void (*virtual_method)(int, char);
};

这种方法不如另一种方法(基类型的实例作为派生类型的第一个成员)受欢迎,因为

1. 从技术上讲,没有标准保证基础和派生结构的第一个共同成员将具有相同的抵消.但是,除了其中一个结构被打包而另一个结构没有被打包的情况之外,它们将在大多数(如果不是全部)已知编译器上具有相同的偏移量.
2. 这种方法最严重的缺陷:它违反了严格的别名.将指向派生结构的指针强制转换为其基类型然后解除引用指针在技术上是未定义的行为.

但是,与其他方法相比,它也有其优点:

1. 更少详细:访问已继承的派生结构的成员与访问尚未继承的结构相同,而不是转换为基类型,然后访问所需的成员;
2. 这实际上是真正的继承而不是构成 ;
3. 虽然可能需要一些预处理器滥用,但它与其他方法一样容易实现;
4. 我们可以得到一个实际多重继承的半生不熟的形式,我们可以从几个基类型继承,但只能转换为其中一个.

我一直在寻找使我的库编译和使用强制执行严格别名(如gcc)的编译器正确工作的可能性,而无需用户手动关闭它.以下是我研究过的可能性:

1. 工会.遗憾的是,由于以下几个原因,这些是禁忌:

   1. 详细程度回归!要遵循通过联合访问2个结构的第一个共同成员的标准规则,必须(从C99开始)明确使用联合来访问第一个共同成员.我们需要特殊的语法来访问联合中每种类型的成员!
   2. 空间.考虑一个继承层次结构.我们有一个类型,我们希望能够从每个派生类型转换为.我们希望为每种类型做到这一点.我看到的唯一可行的联合使用解决方案是整个层次结构的并集,它必须用于将派生类型的实例转换为基类型.它必须与整个层次结构中派生类型最多的一样大......

2. 使用memcpy而不是直接解除引用(如此处).这看起来是个不错的解决方案.但是,函数调用会产生开销,是的,再一次,冗长.据我所知,memcpy也可以通过将指向结构的指针强制转换为指针char然后解除引用来手动完成,如下所示:(member_type)(*((char*)(&struct_pointer->member))) = new_value;Gah,再次详述.好吧,这可以用宏包裹.但是,如果我们将指针转换为指向不兼容类型的指针,然后将其转换为char*并取消引用它,那么它仍然可以工作吗？像这样:(member_type)(*((char*)(&((struct incompatible_type*)struct_pointer)->member))) = new_value;

3. 声明我们将要转换为的所有类型实例volatile.我想知道为什么这不经常出现.volatile据我所知,用于告诉编译器指针指向的内存可能会意外更改,从而根据假定一段指向内存不会发生变化取消优化,这是所有原因严格别名问题.当然,这仍然是未定义的行为; 但对于某些类型的某些实例的"hackishly"禁用严格的别名优化,它不是一个可行的跨平台解决方案吗？

除了上面的问题,还有两个:

1. 我上面说的是错误的吗？
2. 我错过了一些可以帮助我的事情吗？

Answer 1

我不认为你关于通过投射的想法char*是有效的。规则是：

对象的存储值只能由具有以下类型之一的左值表达式访问

表达式的子表达式是兼容的，但整个表达式不兼容。

我认为唯一现实的方法是组合：

struct base {
  int a;
  int b;
  char c;

  void (*virtual_method)(base*/*this*/,int, char);

};

struct derived {
    struct base;
    unsigned int d;
};

我意识到这是一种在智力上没有吸引力的实现继承的方式。

PS：我还没有把你的虚拟成员函数指针放在我的派生类中。它需要可以从baseso 访问，因此需要在那里声明（假设它是 和 都存在的多态函数base）derived。我还添加了一个this参数来充实模型。