关于 C 中 1 元素数组的 typedef

Question

有时，在 C 中，你会这样做：

typedef struct foo {
   unsigned int some_data;
} foo; /* btw, foo_t is discouraged */

要以一种面向对象的方式使用这种新类型，您可能有如下这样的分配/释放对：

foo *foo_alloc(/* various "constructor" params */);
void foo_free(foo *bar);

或者，或者，初始化/清除对（可能返回错误代码）：

int foo_init(foo *bar, /* and various "constructor" params */);
int foo_clear(foo *bar);

我见过使用以下成语，特别是在 MPFR 库中：

struct foo {
   unsigned int some_data;
};
typedef struct foo foo[1]; /* <- notice, 1-element array */
typedef struct foo *foo_ptr; /* let's create a ptr-type */

alloc/free 和 init/clear 对现在改为：

foo_ptr foo_alloc(/* various "constructor" params */);
void foo_free(foo_ptr bar);
int foo_init(foo_ptr bar, /* and various "constructor" params */);
int foo_clear(foo_ptr bar);

现在您可以像这样使用它（例如，init/clear 对）：

int main()
{  
   foo bar; /* constructed but NOT initialized yet */
   foo_init(bar); /* initialize bar object, alloc stuff on heap, etc. */
   /* use bar */
   foo_clear(bar); /* clear bar object, free stuff on heap, etc. */
}

备注：init/clear 对似乎允许更通用的方式来初始化和清除对象。与 alloc/free 对相比，init/clear 对要求已经构造了一个“浅”对象。 “深度”构造是使用 init 完成的。

问题：单元素数组“type-idiom”有什么不明显的缺陷吗？

Answer 1

这很聪明（但见下文）。

它鼓励了 C 函数参数可以通过引用传递的误导性想法。

如果我在 C 程序中看到这个：

foo bar;
foo_init(bar);

我知道对foo_init 的调用不会修改bar 的值。我也知道代码在未初始化函数时将 bar 的值传递给函数，这很可能是未定义的行为。

除非我碰巧知道foo 是数组类型的typedef。然后突然意识到foo_init(bar)传递的不是bar的value，而是它的第一个元素的地址。现在，每次我看到一些引用类型 foo 或类型为 foo 的对象时，我都必须考虑如何将 foo 定义为单元素数组的 typedef，然后才能理解代码。

这是一种尝试让 C 看起来像它不是的东西，就像这样的东西：

#define BEGIN {
#define END }

等等。而且它不会导致代码更容易理解，因为它使用了 C 不直接支持的特性。这会导致代码更难理解（尤其是对于熟悉 C 的读者），因为您必须同时理解自定义声明 和使整个事情工作的底层 C 语义。

如果你想传递指针，只需传递指针，并明确地进行。例如，参见FILE* 在<stdio.h> 中定义的各种标准函数中的使用。没有尝试将指针隐藏在宏或 typedef 后面，C 程序员几十年来一直在使用该接口。

如果您想编写看起来像通过引用传递参数的代码，请定义一些类似函数的宏，并给它们全大写的名称，以便知识渊博的读者知道发生了一些奇怪的事情。

我在上面说过这很“聪明”。我想起了我第一次学习 C 语言时所做的一件事：

#define EVER ;;

这让我写了一个无限循环：

for (EVER) {
    /* ... */
}

当时，我觉得这很聪明。

我仍然认为它很聪明。我只是不再认为这是一件好事。

Answer 2

这种方法的唯一优点是代码看起来更漂亮，打字更容易。它允许用户在堆栈上创建结构而无需像这样动态分配：

foo bar;

但是，该结构仍然可以传递给需要指针类型的函数，而无需用户每次都转换为带有&bar 的指针。

foo_init(bar);

如果没有 1 元素数组，则需要您提到的 alloc 函数或常量 & 用法。

foo_init(&bar);

我能想到的唯一缺陷是与直接堆栈分配相关的正常问题。如果这在其他代码使用的库中，则对结构的更新可能会在将来破坏客户端代码，而使用 alloc free 对时不会发生这种情况。