誤碰鍵盤(pán)導(dǎo)致代碼錯(cuò)誤怎么辦?結(jié)構(gòu)體中指針類(lèi)型了解一下
一、前言
昨天在編譯代碼的時(shí)候,之前一直O(jiān)K的一個(gè)地方,卻突然出現(xiàn)了好幾個(gè) Warning!
本著強(qiáng)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(lèi)型的指針成員變量導(dǎo)致的問(wèn)題。
這個(gè)問(wèn)題,也許永遠(yuǎn)不會(huì)碰到,之所以被我趕上了,應(yīng)該是因?yàn)槟硞(gè)時(shí)候手賤, 誤碰了鍵盤(pán)導(dǎo)致。
下面一一道來(lái)。
PS: 我的測(cè)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(wèn)題描述
1. 正常的代碼
比較簡(jiǎn)單:結(jié)構(gòu)體 struct _Data2_ 的第 2 個(gè)成員變量是一個(gè)指針,指向的數(shù)據(jù)類(lèi)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 ", &d1);
printf("d2 = %p ", &d2);
}
編譯、執(zhí)行,都沒(méi)有問(wèn)題:
$ gcc main.c -m32 -o main
$ ./main
d1 = 0xffdc72f0
d2 = 0xffdc72f4
2. 錯(cuò)誤的代碼
現(xiàn)在我們來(lái)模擬誤碰鍵盤(pán)操作,把 struct _Data2_ 中 next 成員指向的數(shù)據(jù)類(lèi)型,改為一個(gè) 不存在的結(jié)構(gòu)體:
typedef struct _Data2_
{
int b;
struct _Data3_ *next;
}Data2;
在測(cè)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(huì)得到什么結(jié)果?
可以停下來(lái)稍微 思考一下。
我之前的預(yù)期是:gcc 會(huì) 報(bào)錯(cuò),找不到 struct _Data3_ 這個(gè)類(lèi)型。
實(shí)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(bào)錯(cuò)!那么我們就按照 gcc 的方式來(lái)理解一下。
我們知道,編譯器在遇到一個(gè)結(jié)構(gòu)體類(lèi)型的時(shí)候,最重要的就是需要知道結(jié)構(gòu)體類(lèi)型 所占據(jù)的內(nèi)存空間的大小。
gcc 在遇到 struct _Data2_ 這個(gè)字符串時(shí),判斷出它是一個(gè)用戶(hù)自定義的數(shù)據(jù)類(lèi)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(gè)字符,在讀取到 *next 時(shí),知道它是一個(gè) 指針。
此時(shí)它并并沒(méi)確認(rèn)該指針?biāo)赶虻臄?shù)據(jù)類(lèi)型是否存在,它只是為 next 保留了 4 個(gè)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(shí),就發(fā)現(xiàn) 類(lèi)型不匹配了:data2 的 next 需要的是 struct _Data3_ 類(lèi)型的指針,但是賦值的 d1 是 struct _Data1_ 類(lèi)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(lái),只有 g++ 進(jìn)一步確認(rèn)了 _Data3_ 這個(gè)結(jié)構(gòu)體類(lèi)型不存在!
三、把類(lèi)型改為 void 指針類(lèi)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 ", 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(yǔ)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(gè)地址,至于如何來(lái)解釋這個(gè)地址中的內(nèi)容,這是由定義這個(gè)指針時(shí)所指定的數(shù)據(jù)類(lèi)型來(lái)決定的
結(jié)合代碼來(lái)看:雖然d2.next是一個(gè) void 型指針,但是它的確存儲(chǔ)了一個(gè) 地址(變量 d1 的地址)。然后把這個(gè)地址賦值給dn 指針,那么通過(guò)dn指針來(lái)操作該地址內(nèi)的成員時(shí),就取決于在定義dn時(shí)所指定的數(shù)據(jù)類(lèi)型(Data1),因此 dn->a 就可以正確的從這個(gè)地址中取出前 4 個(gè)字節(jié),然后作為一個(gè)int型的數(shù)據(jù)打印出來(lái)。
以上代碼,如果使用clang來(lái)編譯,結(jié)果也是正確的。
用g++編譯,繼續(xù)報(bào)錯(cuò):
$ 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(gè)錯(cuò)誤消除掉,在指針賦值時(shí), 強(qiáng)制轉(zhuǎn)換一下即可(把void型指針強(qiáng)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(cuò)誤,幾乎很少遇到,除非是像我一樣誤碰了鍵盤(pán)。
不過(guò),從中我們也看到了一個(gè)現(xiàn)象:gcc編譯器在面對(duì)結(jié)構(gòu)體時(shí),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(duì)其內(nèi)部指向結(jié)構(gòu)體類(lèi)型的指針,并沒(méi)有嚴(yán)格的檢查是否存在,g++ 在這一點(diǎn)就做的嚴(yán)謹(jǐn)一些了。
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