在 C 中隐藏结构，这是未定义的行为吗？

Question

我正在创建一个库，我想隐藏和保护（使不可写）结构类型（只能使用库函数进行编辑）。 我正在使用：

typedef _STRINGLIB_STRING_CONST_ struct
{
    #if defined(_STRINGLIB_OVERLOADING_WAIT_) || defined(_STRINGLIB_STRING_ACCESSIBLE_)
    //actual string
    char *getString;
    //string size in bytes
    size_t getSize;
    //string size in characters (=size in bytes-1)
    size_t getSizeChars;
    //should both point to _STRINGLIB_ALLOCATION_TRUE_ when string is allocated
    void *stringAllocation;
    void *stringSignature;
    #else
    struct
    {
        size_t _block_a;
        void *_block_b;
        void *_block_c;
        void *_block_d;
        size_t _block_e;
    }_block;
    #endif // _STRINGLIB_OVERLOADING_WAIT_
}String;

其中_STRINGLIB_STRING_CONST_ 始终为常量，除非从源文件调用头文件或用户在包含库之前声明了_STRINGLIB_STRING_ACCESSIBLE_； _STRINGLIB_OVERLOADING_WAIT_ 由源文件声明（之后未声明）。

看起来它工作正常（我使用的是 GCC 4.9.2），但我想确定这是否总是正常或未定义的行为。

.

.

附加信息：忘了提到我在 stringlib.h 文件的顶部有这些定义：

#ifdef _STRINGLIB_OVERLOADING_WAIT_
#undef _STRINGLIB_STRING_CONST_
#define _STRINGLIB_STRING_CONST_
#elif !defined(_STRINGLIB_STRING_ACCESSIBLE_)
#undef _STRINGLIB_STRING_CONST_
#define _STRINGLIB_STRING_CONST_ const
#else
#undef _STRINGLIB_STRING_CONST_
#define _STRINGLIB_STRING_CONST_
#endif // _STRINGLIB_OVERLOADING_WAIT_

#ifndef _STRINGLIB_H_
#define _STRINGLIB_H_
//<...>

Answer 1

这不是未定义的行为：它完全定义了发生的事情。然而，这仍然不是一个好主意，因为struct 的定义取决于您使用的平台以及您如何编译它。这种隐含的依赖关系在使用或引用struct 类型的所有 地方进行。这或多或少是struct 的ABI。

这意味着如果在编译#1 期间defined(_STRINGLIB_OVERLOADING_WAIT_) 是false，但在随后的编译#2 期间它是true，则两个编译的结果代码可能无法正确地相互工作。 #1 和 #2 的 ABI 不同，因此它们不兼容：混合它们会导致未定义的行为。

所以答案是：这不是未定义的行为，除非您执行其他混合 ABI 的事情（您甚至可能不知道这样做）。此时，您的代码中可能潜伏着未定义的行为。

您的编译器和链接器不一定会检测到这一点（尤其是没有指向结构的指针），当为 ABI #1 编写的代码执行对 ABI #2 不起作用的事情时，这可能会导致神秘且难以追踪的崩溃或反之亦然。 （无效的读/写是最明显的，但像sizeof() 这样的东西可能无法正常工作。）

Answer 2

正如其他人所提到的，拥有一组更改struct 定义的#define 可能会导致未定义的行为。仅仅因为用户不应该更改一组特定的定义并不意味着他们不能。你不会想给他们那种灵活性。

如 cmets 中所述，处理此问题的最佳方法是使用不透明类型。

在您的头文件中，您将声明结构但不定义它：

typedef struct String String;

用户甚至无法创建这种类型的变量。但是，他们可以创建一个指向该类型的 指针，但他们无法取消引用（因为没有定义）。

您的库源将包含struct 的实际定义：

struct String {
    char *getString;
    size_t getSize;
    size_t getSizeChars;
    void *stringAllocation;
    void *stringSignature;
};

库中的函数将接受String *，然后可以对其进行操作。这个库中包括一个创建函数，它向用户返回一个String *，以及一个接受String * 的销毁函数，它将释放它。

Answer 3

据我所知，这是未定义的行为。

客户端代码大概声明了Strings：

 String s;

这些被声明为const。然后（再次，大概）将该对象的地址传递给库函数；

string_set(&s, "abc");

并且库函数的实现将接收到的指针视为可变的。

改变最初声明为const 的对象是UB。尽管使用 GCC，您可能只会遇到文件范围 Strings 的问题，但即使对于自动分配的 Strings，它仍然是 UB。 （可能会考虑结构的常量性进行优化。）

另外，您的两个备选方案在类型顺序上不一致，因此它们不兼容。并且char* 与void* 不兼容。所以这些也是有问题的，尽管使用 GCC 你不会看到任何问题。 （如果指针是八字节对齐的八字节，而 size_t 只是四字节对齐的四字节，这将是一个问题。这将使“假”对象的大小为 40 字节，包括两个四字节字节填充，而将 size_ts 放在一起的“真实”对象将适合 32 个无填充字节。即使没有这个理由，它们也是不兼容的结构，那就是 UB。）