匿名结构和联合何时在 C11 中有用？

Question

C11 添加了“匿名结构和联合”等内容。

我四处寻找，但找不到关于匿名结构和联合何时有用的明确解释。我问是因为我不完全理解它们是什么。我知道它们是后来没有名称的结构或联合，但我一直（不得不？）将其视为错误，因此我只能设想使用命名结构。

Answer 1

结构内部的匿名联合在实践中非常有用。考虑到您想要实现一个可区分的和类型（或tagged union），一个带有布尔值和浮点数或char*（即字符串）的聚合，具体取决于布尔标志。使用 C11 你应该能够编码

typedef struct {
    bool is_float;
    union {
       float f;
       char* s;
    };
} mychoice_t;

double as_float(mychoice_t* ch) 
{ 
   if (ch->is_float) return ch->f;
   else return atof(ch->s);
}

使用 C99，您必须命名联合，并使用代码 ch->u.f 和 ch->u.s，这样可读性较差且更冗长。

另一种实现tagged union 类型的方法是使用强制转换。 Ocaml runtime 举了很多例子。

Common Lisp 的SBCL 实现确实使用了一些union 来实现tagged union 类型。而GNU make 也使用它们。

Answer 2

匿名结构和联合的典型和现实使用是为数据提供另一种视图。例如在实现 3D 点类型时：

typedef struct {
    union{
        struct{
            double x; 
            double y;
            double z;
        };
        double raw[3];
    };
}vec3d_t;

vec3d_t v;
v.x = 4.0;
v.raw[1] = 3.0; // Equivalent to v.y = 3.0
v.z = 2.0;

如果您接口的代码需要一个 3D 向量作为指向三个双精度的指针，这很有用。与其使用丑陋的f(&v.x)，不如使用f(v.raw)，这会使您的意图更加明确。

Answer 3

struct bla {
    struct { int a; int b; };
    int c;
};

struct bla 类型有一个 C11 匿名结构类型的成员。

struct { int a; int b; }没有标签，对象没有名字：它是一个匿名结构类型。

您可以通过这种方式访问​​匿名结构的成员：

struct bla myobject;
myobject.a = 1;  // a is a member of the anonymous structure inside struct bla   
myobject.b = 2;  // same for b
myobject.c = 3;  // c is a member of the structure struct bla

Answer 4

另一个有用的实现是在处理 rgba 颜色时，因为您可能希望单独访问每种颜色或作为单个 int 访问。

typedef struct {
    union{
        struct {uint8_t a, b, g, r;};
        uint32_t val;
    };
}Color;

现在您可以访问单个 rgba 值或整个值，其最高字节为 r。即：

int main(void)
{
    Color x;
    x.r = 0x11;
    x.g = 0xAA;
    x.b = 0xCC;
    x.a = 0xFF;

    printf("%X\n", x.val);

    return 0;
}

打印 11AACCFF

Answer 5

我不确定为什么 C11 允许在结构中使用匿名结构。但是Linux用a certain language extension来使用它：

/**
 * struct blk_mq_ctx - State for a software queue facing the submitting CPUs
 */
struct blk_mq_ctx {
    struct {
        spinlock_t      lock;
        struct list_head    rq_lists[HCTX_MAX_TYPES];
    } ____cacheline_aligned_in_smp;

    /* ... other fields without explicit alignment annotations ... */

} ____cacheline_aligned_in_smp;

我不确定该示例是否绝对必要，除非是为了明确意图。

编辑：我发现了另一种更清晰的类似模式。匿名结构特性与此属性一起使用：

#if defined(RANDSTRUCT_PLUGIN) && !defined(__CHECKER__)
#define __randomize_layout __attribute__((randomize_layout))
#define __no_randomize_layout __attribute__((no_randomize_layout))
/* This anon struct can add padding, so only enable it under randstruct. */
#define randomized_struct_fields_start  struct {
#define randomized_struct_fields_end    } __randomize_layout;
#endif

即用于随机化字段顺序的语言扩展/编译器插件（ASLR 风格的利用“强化”）：

struct kiocb {
    struct file     *ki_filp;

    /* The 'ki_filp' pointer is shared in a union for aio */
    randomized_struct_fields_start

    loff_t          ki_pos;
    void (*ki_complete)(struct kiocb *iocb, long ret, long ret2);
    void            *private;
    int         ki_flags;
    u16         ki_hint;
    u16         ki_ioprio; /* See linux/ioprio.h */
    unsigned int        ki_cookie; /* for ->iopoll */

    randomized_struct_fields_end
};

Answer 6

好吧，如果您只在代码中声明该结构中的变量一次，为什么它需要一个名称？

struct {
 int a;
 struct {
  int b;
  int c;
 } d;
} e,f;

你现在可以写e.a、f.d.b等内容了。

（我添加了内部结构，因为我认为这是匿名结构的最多用法之一）