泛型与类型安全？在 C 中使用 void*答案

【问题标题】：Genericity vs type-safety? Using void* in C泛型与类型安全？在 C 中使用 void*
【发布时间】：2010-12-26 08:58:48
【问题描述】：

来自 OO（C#、Java、Scala）我非常重视代码重用和类型安全的原则。上述语言中的类型参数可以完成这项工作并启用类型安全且不会“浪费”代码的通用数据结构。

当我陷入 C 中时，我意识到我必须做出妥协，我希望它是正确的。要么我的数据结构在每个节点/元素中都有一个 void * 并且我失去了类型安全性，要么我必须为我想要使用它们的每种类型重新编写我的结构和代码。

代码的复杂性是一个明显的因素：遍历数组或链表是微不足道的，将*next 添加到结构中也不需要额外的努力；在这些情况下，不要尝试和重用结构和代码是有意义的。但对于更复杂的结构，答案就不那么明显了。

还有模块化和可测试性：将类型及其操作从使用该结构的代码中分离出来，使测试变得更容易。反之亦然：在一个结构上测试一些代码的迭代，同时它试图做其他事情会变得混乱。

那么你的建议是什么？ void * 和重用或类型安全和重复代码？有什么一般原则吗？当它不适合时，我是否试图强制 OO 进入程序？

编辑：请不要推荐C++，我的问题是关于C的！

【问题讨论】：

嘘你，尼尔。 C 是与 C++ 不同的语言。在这个特定的时间，C++ 可能比 C 更容易让 OP 学习，但这并不会使 C 成为一种糟糕的语言，不会使这个问题的有效性降低，也不会使辩论的信息量减少。这只是一个不回答的问题，扼杀了一个讨论 C 语言优缺点的有趣机会。
我差点说“请不要推荐 C++，因为这不是问题所在”...
我绝不建议 C 是一种糟糕的语言。但是，如果 OP 可以选择其中任何一个，那么显而易见的选择是 C++，即使他只想编写程序代码。我同意这是一个非答案，这正是我发表评论的原因。
感谢您的评论！不，这必须是 C。另外，我要做的对 C 来说绝不是不寻常的。

标签： c generics void void-pointers

【解决方案1】：

我会说使用void *，这样您就可以重复使用代码。重新实现例如更多的工作链接列表，而不是确保您正确获取/设置列表中的数据。

尽可能多地从glib 那里获得提示，我发现他们的数据结构非常好用且易于使用，并且由于失去类型安全而几乎没有遇到任何麻烦。

【讨论】：

感谢您提供的链接，看来我可以从该项目中学到很多东西（并且可能会用到其中的一些）。

【解决方案2】：

我认为您必须按照您的建议在两者之间取得平衡。如果代码只有几行且微不足道，我会复制它，但如果它更复杂，我会考虑使用void*，以避免在多个地方进行任何潜在的错误修复和维护，并减少代码大小。

如果您查看 C 运行时库，有几个“通用”函数可以与 void* 一起使用，一个常见的示例是使用 qsort 进行排序。为您想要排序的每种类型复制此代码是很疯狂的。

【讨论】：

【解决方案3】：

使用 void 指针并没有错。在将它们分配给指针类型的变量时，您甚至不必强制转换它们，因为转换是在内部完成的。可能值得一看：http://www.cpax.org.uk/prg/writings/casting.php

【讨论】：

【解决方案4】：

这个问题的答案与在 C++ 中获取有效的链接列表模板相同。

a) 创建使用 void* 或一些抽象类型的算法的抽象版本

b) 创建一个轻量级的公共接口来调用抽象类型算法和它们之间的种姓。

例如。

typedef struct simple_list
  {
  struct simple_list* next;
  } SimpleList;

void add_to_list( SimpleList* listTop, SimpleList* element );
SimpleList* get_from_top( SimpleList* listTop );
// the rest

#define ListType(x) \
    void add_ ## x ( x* l, x* e ) \
        { add_to_list( (SimpleList*)l, (SimpleList*)x ); } \
    void get_ ## x ( x* l, x* e ) \
        { return (x*) get_from_to( (SimpleList*)l ); } \
   /* the rest */

typedef struct my_struct
  {
  struct my_struct* next;
  /* rest of my stuff */
  } MyStruct;

ListType(MyStruct)

MyStruct a;
MyStruct b;

add_MyStruct( &a, &b );
MyStruct* c = get_MyStruct(&a);

等等等等

【讨论】：

查看我的回答，了解如何做类似的事情，但方式是安全的 w.r.t 别名规则。

【解决方案5】：

这里我们在 C 中大量使用 OO，但只是为了封装和抽象，没有多态之类的。

这意味着我们有特定的类型，例如 FooBar(Foo a, ...) 但是，对于我们的集合“类”，我们使用 void *。只需在可以使用多种类型的地方使用 void *，但这样做，确保您不需要参数是特定类型。根据集合，有 void * 是可以的，因为集合不关心类型。但是，如果您的函数可以接受类型 a 和类型 b，但不能接受其他类型，请创建两个变体，一个用于 a，一个用于 b。

主要的一点是只有在你不关心类型时才使用 void *。

现在，如果您有 50 个具有相同基本结构的类型（比如说，int a；int b；作为所有类型的第一个成员），并且想要一个函数作用于这些类型，只需将常见的第一个成员设为 a自己输入，然后让函数接受这个，并传递 object->ab 或 (AB*)object 是你的类型是不透明的，如果 ab 是你的结构中的第一个字段，两者都将起作用。

【讨论】：

【解决方案6】：

您可以使用宏，它们适用于任何类型，编译器将静态检查扩展代码。缺点是代码密度（二进制）会变差，而且更难调试。

我前段时间问过这个question about generic functions，答案可以帮助你。

【讨论】：

【解决方案7】：

您可以有效地将类型信息、继承和多态性添加到 C 数据结构中，这正是 C++ 所做的。 (http://www.embedded.com/97/fe29712.htm)

【讨论】：

【解决方案8】：

绝对通用void*，绝不重复代码！

考虑到许多 C 程序员和许多主要的 C 项目都考虑过这种困境。我遇到的所有严肃的 C 项目，无论是开源的还是商业的，都选择了通用的void*。当仔细使用并封装到一个好的 API 中时，它对库的用户几乎没有负担。此外，void* 是惯用的 C，直接在 K&R2 中推荐。这是人们期望编写代码的方式，其他任何事情都会令人惊讶并被错误地接受。

【讨论】：

【解决方案9】：

您可以使用 C 构建（某种）OO 框架，但您会错过很多好处……例如编译器可以理解的 OO 类型系统。如果你坚持用类 C 语言做 OO，C++ 是更好的选择。它比 vanilla C 更复杂，但至少你得到了对 OO 的适当语言支持。

编辑：好的……如果你坚持我们不推荐 C++，我建议你不要在 C 中做 OO。快乐吗？就您的 OO 习惯而言，您可能应该考虑“对象”，但将继承和多态性排除在您的实施策略之外。应谨慎使用泛型（使用函数指针）。

编辑 2：实际上，我认为在通用 C 列表中使用 void * 是合理的。它只是尝试使用宏、函数指针、调度和我认为是个坏主意的那种废话来构建一个模拟 OO 框架。

【讨论】：

我并不是在建议我在 C 中实现 OO，而是在问“鉴于我目前的编码习惯，我应该如何考虑/解决这个问题？”。
@Stephen：当有人说你应该或不应该做某事时，总是有一个重要的问题需要回答：为什么？
@Secure - 它隐含在答案中。但是要说清楚，因为您最终会使用假语法（宏）和许多非类型安全的东西，这会使您的代码更加脆弱和难以维护。

【解决方案10】：

在 Java 中，来自 java.util 包的所有集合实际上都相当于 void* 指针（Object）。

是的，泛型（在 1.5 中引入）添加了语法糖并防止您编写不安全的分配，但是存储类型仍然是 Object。

所以，我认为当您将void* 用于泛型框架类型时，不会犯下OO 罪行。

如果您经常在代码中执行此操作，我还会添加特定类型的内联或宏包装器，用于从通用结构中分配/检索数据。

附：您不应该做的一件事是使用 void** 返回已分配/重新分配的泛型类型。如果您检查malloc/realloc 的签名，您将看到您可以实现正确的内存分配，而无需担心void** 指针。我之所以这么说，是因为我在一些开源项目中看到了这一点，我不想在这里命名。

【讨论】：

【解决方案11】：

可以通过一些工作来包装通用容器，以便可以在类型安全的版本中对其进行实例化。这是一个示例，完整的标题链接如下：

/* 通用实现 */

struct deque *deque_next(struct deque *dq);

void *deque_value(const struct deque *dq);

/* Prepend a node carrying `value` to the deque `dq` which may
 * be NULL, in which case a new deque is created.
 * O(1)
 */
void deque_prepend(struct deque **dq, void *value);

来自可用于实例化特定包装类型的双端队列的标头

#include "deque.h"

#ifndef DEQUE_TAG
#error "Must define DEQUE_TAG to use this header file"
#ifndef DEQUE_VALUE_TYPE
#error "Must define DEQUE_VALUE_TYPE to use this header file"
#endif
#else

#define DEQUE_GEN_PASTE_(x,y) x ## y
#define DEQUE_GEN_PASTE(x,y) DEQUE_GEN_PASTE_(x,y)
#define DQTAG(suffix) DEQUE_GEN_PASTE(DEQUE_TAG,suffix)

#define DQVALUE DEQUE_VALUE_TYPE

#define DQREF DQTAG(_ref_t)

typedef struct {
    deque_t *dq;
} DQREF;

static inline DQREF DQTAG(_next) (DQREF ref) {
    return (DQREF){deque_next(ref.dq)};
}

static inline DQVALUE DQTAG(_value) (DQREF ref) {
    return deque_value(ref.dq);
}

static inline void DQTAG(_prepend) (DQREF *ref, DQVALUE val) {
    deque_prepend(&ref->dq, val);
}

deque.h：http://ideone.com/eDNBN
deque_gen.h：http://ideone.com/IkJRq

【讨论】：