如何在 C 代码中获取变量的类型？答案

【问题标题】：How to get the type of a variable in C code?如何在 C 代码中获取变量的类型？
【发布时间】：2012-02-06 06:13:01
【问题描述】：

有什么方法可以让我在 C 中自动发现变量的类型，或者通过程序本身的某种机制，或者——更有可能——通过使用编译器传递到它在哪里解析变量并为其分配类型？我正在寻找有关此的一般建议。下面是关于我需要什么以及为什么需要的更多背景信息。

我想更改 OpenMP 缩减子句的语义。此时，似乎最简单的方法是简单地将源代码中的子句（通过脚本）替换为对函数的调用，然后我可以定义函数来实现我想要的归约语义。例如，我的脚本会转换这个

#pragma omp parallel for reduction(+:x)

进入这个：

my_reduction(PLUS, &x, sizeof(x));
#pragma omp parallel for

在哪里，早些时候，我有（比方说）

enum reduction_op {PLUS, MINUS, TIMES, AND,
  OR, BIT_AND, BIT_OR, BIT_XOR, /* ... */};

并且my_reduction 有签名

void my_reduction(enum reduction_op op, void * var, size_t size);

除其他外，my_reduction 必须按照程序员最初的意图将加法运算应用于归约变量。但是我的函数不知道如何正确地做到这一点。特别是，虽然它知道操作的种类（PLUS）、原始变量的位置（var）以及变量类型的大小，但它并不知道变量本身的类型。特别是，它不知道var 是整数类型还是浮点类型。从低层次的 POV 来看，这两类类型的加法运算是完全不同的。

如果 GCC 支持的非标准运算符 typeof 能够按照 sizeof 的工作方式工作——返回某种类型的变量——我可以轻松解决这个问题。但 typeof 并不像 sizeof：显然，它只能在左值声明中使用。

现在，编译器显然在生成可执行代码之前确实知道 x 的类型。这让我想知道我是否可以以某种方式利用 GCC 的解析器，只是为了获取 x 的类型并将其传递给我的脚本，然后再次运行 GCC，以编译我更改的源代码。那么声明就很简单了

enum var_type { INT8, UINT8, INT16, UINT16, /* ,..., */ FLOAT, DOUBLE};
void my_reduction(enum reduction_op op, void * var, enum var_type vtype);

并且my_reduction 可以在取消引用和应用运算符之前进行适当的转换。

如您所见，我试图在 C 中创建一种“调度”机制。为什么不直接使用 C++ 重载呢？因为我的项目限制我使用用 C 编写的遗留源代码。我可以使用脚本自动更改代码，但无法将其重写为其他语言。

谢谢！

【问题讨论】：

如何使用一些工具/脚本对源代码进行后处理？例如。用 clang 解析它，找到类型，插入/调整特定类型的代码，编译？
谢谢，亚历克斯。听起来它正朝着正确的方向发展。
我在某处读到用户定义的缩减将成为 3.1 或 4.0 标准的一部分。嗯 3.1 说：reduction({operator|intrinsic_procedure_name}:list) ..从未尝试过内在程序名称。尽管它只部分解决了您的类型检测。
非虚拟机。 intrinsic_procedure_name 指的是别的东西。

标签： c gcc types openmp typeof

【解决方案1】：

C11 _Generic

不是一个直接的解决方案，但如果您耐心地编写所有类型的代码，它确实可以让您达到预期的结果：

#include <assert.h>
#include <string.h>

#define typename(x) _Generic((x), \
    int:     "int", \
    float:   "float", \
    default: "other")

int main(void) {
    int i;
    float f;
    void* v;
    assert(strcmp(typename(i), "int")   == 0);
    assert(strcmp(typename(f), "float") == 0);
    assert(strcmp(typename(v), "other") == 0);
}

编译并运行：

gcc -std=c11 a.c
./a.out

可以在 in this answer 找到一个很好的起点，其中包含大量类型。

在 Ubuntu 17.10、GCC 7.2.0 中测试。 GCC 仅在 4.9 中添加了支持。

【讨论】：

【解决方案2】：

C 并没有办法在预编译时执行此操作，除非您编写大量宏。我会不推荐宏方法的洪水，它基本上是这样的：

void int_reduction (enum reduction_op op, void * var, size_t size);

#define reduction(type,op,var,size) type##_reduction(op, var, size)

...
reduction(int, PLUS, &x, sizeof(x)); // function call

请注意，这是一种非常糟糕的做法，并且只能在维护编写不佳的遗留代码时作为最后的手段使用，即使这样也是如此。这种方法没有类型安全或其他此类保证。

更安全的方法是从调用者显式调用int_reduction()，或者调用一个在运行时决定类型的泛型函数：

void reduction (enum type, enum reduction_op op, void * var, size_t size)
{
  switch(type)
  {
    case INT_TYPE:
      int_reduction(op, var, size);
      break;
    ...
  }
}

如果 int_reduction 被内联并进行了各种其他优化，则此运行时评估不一定比混淆宏慢得多，但它更安全。

【讨论】：

是的，感谢您的想法。但是你如何找出类型呢？这是我最大的挑战。其余的只是语法——当然，我同意您的 cmets 关于最佳语法的看法。例如，在上述情况下，我如何知道给定变量是 INT_TYPE？我正在编写的脚本将“reduction(+:x)”移动到单独的调用“reduction(INT_TYPE, PLUS, &var, sizeof(x));”必须知道 x 具有 INT_TYPE 类型，但是如何？--我没有编写整个解析器来获取 x 的类型？
@AmittaiAviram 您如何知道何时将变量声明为int？我不知道您的数据的性质或数据的来源，所以我无法回答这个问题。如果是某种外部原始数据，那么在进行任何计算之前，您自然必须确定数据类型。这是一个算法问题，与 C 编程语法本身无关。
@Lundin--不，不。图片更像这样。假设您有一个main 函数，它在顶部附近有声明int x。再往下说 100 行，你有 #pragma omp parallel for reduction (+:x)。那里的x 有int 类型，因为这就是它在当前范围内的声明方式。程序员知道这一点并且可以自己注释函数调用，但我希望能够自动执行此操作。
源代码已经存在，带有变量声明和 OpenMP 编译指示。我想要做的是自动重构它以将reduction 子句替换为reduction(enum reduction_op, void * var, enum type, size_t size)（或类似的）形式的函数调用。我的问题是reduction 子句的形式本身没有变量类型的任何表示，因为——当然——编译器在到达该子句时已经被假定知道类型。
@AmittaiAviram 您必须将原始数据类型声明为结构，将枚举类型作为第一个成员，然后将指向该结构的指针传递给函数。或者保留原始变量，但在对函数/宏的调用中包含类型。标准 C 中没有其他替代方案。

【解决方案3】：

你可以使用sizeof函数来判断类型，让未知类型的变量为var。那么

if(sizeof(var)==sizeof(char))
        printf("char");
    else if(sizeof(var)==sizeof(int))
        printf("int");
    else if(sizeof(var)==sizeof(double))
        printf("double");

当两个或多个主要类型可能具有相同的大小时，它会导致复杂化。

【讨论】：

请不要这样做。许多类型具有相同的大小，这将很容易导致难以发现的错误。

【解决方案4】：

GCC 提供typeof 扩展。它不是标准的，但足够普遍（其他几个编译器，例如 clang/llvm，都有它）。

您或许可以考虑通过使用MELT（一种用于扩展 GCC 的领域特定语言）扩展它来自定义 GCC 以满足您的目的。

【讨论】：

谢谢，巴西尔。正如您从我的帖子中看到的那样，我知道 typeof，但 typeof 不会给我我需要的东西：它不返回任何东西；您不能将它或其信息传递给函数。你可以这样做：#define add(x,y,z) { \ typeof(x) _x = x; \ typeof(y) _y = y; \z = _x + _y; \ } 在我看来 typeof 运算符的用处非常有限。
它不是标准的，并且不适用于大多数 C 编译器。根据我的经验，将 GCC 扩展用于生产代码是一个非常糟糕的主意。

【解决方案5】：

您还可以考虑使用插件或MELT 扩展来自定义 GCC，以满足您的需求。但是，这需要了解一些复杂的 GCC 内部表示（Gimple、Tree）（因此至少要花几天的时间）。

但是类型在 C 中是只能编译的。它们没有被具体化。

【讨论】：

这或多或少是我最终要做的——不是插件，而是 GCC 本身内部的一些代码黑客。我想出了如何在编译时从 Gimple tree_nodes 获取类型信息。它确实需要相当多的挖掘。谢谢！

【解决方案6】：

一般来说，不可能识别给定字节或字节序列中的数据类型。例如，0 字节可以是空字符串或整数 0。99 的位模式可以是该数字或字母“c”。

以下是将任意字节序列转换为可打印值的一些技巧。它适用于大多数情况（但不适用于也可能是字符的数字）。它适用于 Windows 7 下的 lcc 编译器，具有 32 位整数、长整数和 64 位双精度数。

char* OclAnyToString(void* x)
{ char* ss = (char*) x;
  int ind = 0;

  int* ix = (int*) x;
  long* lx = (long*) x; 
  double* dx = (double*) x; 

  char* sbufi = (char*) calloc(21, sizeof(char)); 
  char* sbufl = (char*) calloc(21, sizeof(char)); 
  char* sbufd = (char*) calloc(21, sizeof(char)); 

  if (ss[0] == '\0')
  { sprintf(sbufi, "%d", *ix);
    sprintf(sbufd, "%f", *dx);
    if (strcmp(sbufi,"0") == 0 && 
        strcmp(sbufd,"0.000000") == 0)
    { return "0"; }
    else if (strcmp(sbufd,"0.000000") != 0)
    { return sbufd; }
    else 
    { return sbufi; }
  }

  while (isprint(ss[ind]) && 0 < ss[ind] && ss[ind] < 128 && ind < 1024)
  { /* printf("%d\n", ss[ind]); */   
    ind++; 
  }

  if (ss[ind] == '\0')
  { return (char*) x; } 

  sprintf(sbufi, "%d", *ix);
  sprintf(sbufl, "%ld", *lx);
  sprintf(sbufd, "%f", *dx);

  if (strcmp(sbufd,"0.000000") != 0)
  { free(sbufi); 
    free(sbufl); 
  
    return sbufd;
  } 

  if (strcmp(sbufi,sbufl) == 0)
  { free(sbufd); 
    free(sbufl); 
    return sbufi; 
  }
  else 
  { free(sbufd); 
    free(sbufi); 
    return sbufl; 
  }
}

【讨论】：