如何在 C 中隐藏结构的声明？

Question

在Why should we typedef a struct so often in C?的问题中，unwind回答说：

在后一种情况下，您不能返回 价值点，因为它 声明对用户隐藏 头文件。这是一种技术 例如，在 GTK+ 中广泛使用。

声明隐藏是如何实现的？为什么不能按值返回Point？

添加：

我明白为什么我不能按值返回结构，但是仍然很难理解为什么我不能在我的函数中尊重这一点。即如果我的结构有名为 y 的成员，为什么我不能这样做？

 pointer_to_struct->y = some_value; 

我为什么要使用方法来做到这一点？ （如 Gtk+）

谢谢大家，再次为我的英语不好感到抱歉。

Answer 1

看看这个使用公共头文件、私有头文件和实现文件的库示例。

在文件public.h中：

struct Point;

struct Point* getSomePoint();

在文件private.h中：

struct Point
{
    int x;
    int y;
}

在文件private.c中：

struct Point* getSomePoint()
{
    /* ... */
}

如果你把这三个文件编译成一个库，你只需将public.h和库对象文件交给库的使用者。

getSomePoint 必须返回一个指向Point 的指针，因为public.h 没有定义Point 的大小，只是它是一个结构并且它存在。库的使用者可以使用指向Point 的指针，但不能访问成员或复制它，因为他们不知道结构的大小。

关于您的进一步问题： 您不能取消引用，因为使用该库的程序仅具有来自 private.h 的信息，不包含成员声明。因此它不能访问点结构的成员。

您可以将此视为 C 的封装特性，就像您将 C++ 类的数据成员声明为私有一样。

Answer 2

他的意思是你不能在标题中按值返回结构，因为为此，结构必须完全声明。但在他的示例中，这发生在 C 文件中（使 X 成为完整类型的声明在 C 文件中“隐藏”，而不是暴露在标题中）。如果这是结构的第一个声明，则以下仅声明不完整的类型

struct X;

然后，你可以声明函数

struct X f(void);

但是你不能定义函数，因为你不能创建那个类型的变量，更不用说返回它了（它的大小是未知的）。

struct X f(void) { // <- error here
  // ...
}

发生错误是因为“x”仍然不完整。现在，如果你只包含带有不完整声明的头文件，那么你就不能调用那个函数，因为函数调用的表达式会产生一个不完整的类型，这是被禁止的。

如果您要在两者之间提供完整类型 struct X 的声明，它将是有效的

struct X;
struct X f(void);

// ...
struct X { int data; };
struct X f(void) { // valid now: struct X is a complete type
  // ...
}

这也适用于使用typedef 的方式：它们都命名相同，（可能不完整）类型。一次使用普通标识符X，另一次使用标签struct X。

Answer 3

在头文件中：

typedef struct _point * Point;

编译器看到后就知道了：

• 有一个名为_point的struct。
• 有一个指针类型Point 可以引用struct _point。

编译器不知道：

• struct _point 的样子。
• struct _point 包含哪些成员。
• struct _point 有多大。

不仅编译器不知道，我们程序员也不知道。这意味着我们不能编写依赖于struct _point 的那些属性的代码，这意味着我们的代码可能更具可移植性。

根据上面的代码，你可以编写如下函数：

Point f() {
   ....
}

因为Point 是一个指针，而struct 指针的大小都相同，编译器不需要知道关于它们的任何其他信息。但是你不能写一个按值返回的函数：

struct _point f() {
  ....
}

因为编译器对struct _point一无所知，特别是它的大小，它需要它来构造返回值。

因此，我们只能通过Point 类型来引用struct _point，这实际上是一个指针。这就是标准 C 具有像 FILE 这样的类型的原因，这些类型只能通过指针访问 - 您不能在代码中创建 FILE 结构实例。

Answer 4

那个帖子的意思是：如果你看到标题

typedef struct _Point Point;

Point * point_new(int x, int y);

那你不知道Point的实现细节。

Answer 5

老问题，更好的答案：

在头文件中：

typedef struct _Point Point;

在 C 文件中：

struct _Point
{
   int X;
   int Y;
};

Answer 6

作为使用不透明指针的替代方法（正如其他人提到的），如果您想避免使用堆内存，则可以返回一个不透明的字节包：

// In public.h:
struct Point
{
    uint8_t data[SIZEOF_POINT];  // make sure this size is correct!
};
void MakePoint(struct Point *p);

// In private.h:
struct Point
{
    int x, y, z;
};

void MakePoint(struct Point *p);

// In private.c:
void MakePoint(struct Point *p)
{
    p->x = 1;
    p->y = 2;
    p->z = 3;
}

然后，您可以在客户端代码中在堆栈上创建结构的实例，但客户端不知道其中有什么——它只知道它是一个给定大小的字节块。当然，如果它可以猜测成员的偏移量和数据类型，它仍然可以访问数据，但是你再次遇到不透明指针的相同问题（尽管在这种情况下客户端不知道对象大小）。

例如，pthreads 库中使用的各种结构对pthread_t、pthread_cond_t 等类型使用不透明字节的结构——您仍然可以在堆栈上创建这些结构的实例（而且您通常做），但你不知道里面有什么。只需查看您的 /usr/include/pthreads.h 及其包含的各种文件即可。