Question

为了拥有一个干净的代码，使用一些OO概念可能很有用，即使在C语言中也是如此。我经常编写由一对.h和.c文件组成的模块。问题是模块的用户必须小心，因为C中不存在私有成员。使用pimpl习语或抽象数据类型是可以的，但是它添加了一些代码和/或文件，并且需要更重的代码。我讨厌在不需要时使用访问器。

这是一个想法，它提供了一种方法，使编译器抱怨对“私有”成员的无效访问，只需要几个额外的代码。我们的想法是定义两次相同的结构，但为模块的用户添加了一些额外的“const”。

当然，演员也可以写“私人”成员。但重点是避免模块用户的错误，而不是安全地保护内存。

/*** 2DPoint.h module interface ***/
#ifndef H_2D_POINT
#define H_2D_POINT

/* 2D_POINT_IMPL need to be defined in implementation files before #include */
#ifdef 2D_POINT_IMPL
#define _cst_
#else
#define _cst_ const
#endif

typedef struct 2DPoint
{
    /* public members: read and write for user */
    int x;

    /* private members: read only for user */
    _cst_ int y;
} 2DPoint;

2DPoint *new_2dPoint(void);
void delete_2dPoint(2DPoint **pt);
void set_y(2DPoint *pt, int newVal);


/*** 2dPoint.c module implementation ***/
#define 2D_POINT_IMPL
#include "2dPoint.h"
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

2DPoint *new_2dPoint(void)
{
    2DPoint *pt = malloc(sizeof(2DPoint));
    pt->x = 42;
    pt->y = 666;

    return pt;
}

void delete_2dPoint(2DPoint **pt)
{
    free(*pt);
    *pt = NULL;
}

void set_y(2DPoint *pt, int newVal)
{
    pt->y = newVal;
}

#endif /* H_2D_POINT */


/*** main.c user's file ***/
#include "2dPoint.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    2DPoint *pt = new_2dPoint();

    pt->x = 10;     /* ok */
    pt->y = 20;     /* Invalid access, y is "private" */    
    set_y(pt, 30);  /* accessor needed */
    printf("pt.x = %d, pt.y = %d\n", pt->x, pt->y);  /* no accessor needed for reading "private" members */

    delete_2dPoint(&pt);

    return EXIT_SUCCESS;
}

现在，问题是：这个技巧可以用C标准吗？它适用于GCC，编译器不会抱怨任何东西，即使有一些严格的标志，但我怎么能确定这是真的好吗？

Answer 1

这几乎肯定是未定义的行为。

禁止编写/修改声明为const的对象，这样做会导致UB。此外，您采用的方法将struct 2DPoint重新声明为两种技术上不同的类型，这也是不允许的。

请注意，这（一般来说是未定义的行为）并不意味着它“肯定不会起作用”或“它必须崩溃”。事实上，我发现它很有效，因为如果一个人智能地读取来源，他可能很容易找出它的目的是什么以及为什么它被认为是正确的。然而，编译器并不是智能的 - 充其量，它是一个有限的自动机，它不知道代码假设要做什么;它只服从（或多或少）语法的句法和语义规则。

Answer 2

这违反了C 2011 6.2.7 1。

6.2.7 1要求不同翻译单元中相同结构的两个定义具有兼容类型。不允许const在一个而不是另一个。

在一个模块中，您可能会引用其中一个对象，并且这些成员似乎是编译器的const。当编译器将调用写入其他模块中的函数时，它可以保存来自寄存器或其他高速缓存中的const成员的值，或者来自源代码中的部分或完全计算的表达式中的值，而不是函数调用。然后，当函数修改成员并返回时，原始模块将不具有更改的值。更糟糕的是，它可能会使用更改后的值和旧值的某种组合。

这是非常不正确的编程。

Answer 3

用Bjarne Stroustrup的话来说：C不是为支持 OOP而设计的，虽然它启用 OOP，这意味着可以用C编写OOP程序，但只能用很难这样做。因此，如果您必须在C中编写OOP代码，使用此方法似乎没有任何问题，但最好使用更适合此目的的语言。

通过尝试在C中编写OOP代码，您已经进入了必须覆盖“常识”的区域，因此只要您负责正确使用它，这种方法就可以了。您还需要确保对其进行全面而严格的记录，并且每个与代码有关的人都会意识到这一点。

编辑哦，您可能需要使用强制转换来绕过const。我不记得是否可以像C ++ const_cast一样使用C风格的演员表。

Answer 4

您可以使用不同的方法 - 声明两个struct，一个用于没有私有成员的用户（在标头中），另一个用于私有成员，供内部使用。所有私人成员都应该放在公共成员之后。

您总是将指针传递给struct并在需要时将其转换为内部使用，如下所示：

/* user code */
struct foo {
    int public;
};

int bar(void) {
    struct foo *foo = new_foo();
    foo->public = 10;
}

/* implementation */
struct foo_internal {
    int public;
    int private;
};

struct foo *new_foo(void) {
    struct foo_internal *foo == malloc(sizeof(*foo));
    foo->public = 1;
    foo->private = 2;
    return (struct foo*)foo;  // to suppress warning
}

C11允许unnamed structure fields（GCC支持它一段时间），因此在使用GCC（或C11兼容编译器）的情况下，您可以将内部结构声明为：

struct foo_internal {
    struct foo;
    int private;
};

因此，不需要额外的努力来保持结构定义的同步。

C中的“私有”结构成员与const

4 个答案: