为什么包含指向相同类型的指针的 "typedef struct { struct S *s; } S;" 能够编译通过？

Question

我试图使用 typedef 定义一个包含指向同一类型的另一个结构体指针的结构体。

这是我认为最好的版本：

typedef struct Element
{
    char value;
    struct Element *next;
} Element;

为什么这个变量也可以编译和执行？

typedef struct
{
    char value;
    struct Element *next;
} Element;

第一个可以这么描述："名字为 struct Element，现在叫做 Element"。第二个可以描述为："取这个匿名的 struct 并且把它叫做 Element"。

但是为什么我还能在第二种情况下声明一个 struct Element （在结构体内部）呢？

(在 GCC 和 MSVC 中使用)

- ordag

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在第二种情况下，你的 next 实际上变成了一个结构体 struct{}，你需要深入了解一下 typedef 的实际作用。 - bigkm

@bigkm 把 struct Element *next; 替换成 Element *next; 被报告为错误。你是什么意思？ - ordag

@bigkm：struct struct {} 是什么意思？在第二种情况下，next 是指向 struct Element 的指针；问题在于 struct Element 是不完整的类型。 - Keith Thompson

如何进行版本控制：https://dev59.com/FW865IYBdhLWcg3wFqrY - Ciro Santilli OurBigBook.com

Answer 1

在第一种情况下，你的结构体有两个等效的名称：struct Element （其中Element是结构体标签）和Element（其中Element是一个typedef，是现有类型的别名）。

在第二种情况下，你只是没有为结构体定义一个标签。通常这是完全有效的，但在这里你在next成员的声明中引用了不存在的类型struct Element。

在这种情况下，struct Element是一个不完整的类型。你不能声明不完整类型的对象，但可以声明指向它们的指针。

声明为：

typedef struct
{
    char value;
    struct Element *next;
} Element;

该声明合法，但它并不会使得next成为指向封闭类型的指针。它是一个指向某个未完成类型的指针，除非你声明完整的类型，否则你将无法引用它。

你的第二个声明是众多看似毫无意义但仍然合法的C语言语句之一。

你也许可以考虑省略typedef，并始终将该类型称为struct Element。很多人喜欢为结构类型使用一个单词名称，但我的个人观点是这没有太多好处（除非该类型是真正的不透明类型，即类型的用户甚至不知道它是一个结构体）。这是一种风格问题。

请注意，在定义内部需要用struct Element而不是Element来引用该类型，因为typedef名称Element还不可见。

结构体标签和typedef具有相同的名称可能看起来很困惑，但这是完全合法的。结构体标签和typedef位于不同的命名空间中（在C语言中，而不是C++语言）；结构体标签只能出现在struct关键字之后。

另一种选择是将typedef与结构体定义分开：

typedef struct Element Element;

struct Element {
    char value;
    Element *next;
};

在 typedef 中可以使用不完整的类型名。

- Keith Thompson

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啊，哇，那很有道理，我不知道关于不完整类型的指针。谢谢你。 - ordag

Answer 2

你的第一个选项是正确的。你的第二个选项并不能实现表面上看起来想要做的事情。

在 C 语言中，可以在任何地方前向声明结构体类型，即使在声明其他内容的过程中也可以。这种声明传递的作用域规则非常令人困惑，因此我不打算解释它们——只需要说应该避免这样做。这就是为什么第二个结构不会报错。但它对编译器的意义是这样的：

struct _Anonymous_1 // name not actually accessible to code
{
    char value;
    struct Element *next;
};
typedef struct _Anonymous_1 Element;

在这段代码之后，类型 "struct Element" 与类型 "Element" 完全无关，并且没有被完全声明。如果你尝试去使用这个类型，例如在...

char cadr(Element *cons)
{
    return cons->next->value;
}

编译器会不高兴：

test.c: In function ‘cadr’:
test.c:9:22: error: dereferencing pointer to incomplete type

第二种选择是使用“Element”代替“struct Element”，以便在类型定义内部和任何其他地方都可以使用，如下所示：

typedef struct Element Element;
struct Element
{
    char value;
    Element *next;
};

但是在C语言中，没有办法避免手动确保"struct Element"和"Element"是相同的。如果你不想自己处理这个问题，C++就在那边等着你了 ⟶

- zwol

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谢谢。在那种语言中，你总是会学到一些新的东西，让你感到惊叹。 （你的回答晚了几秒钟，所以我会接受第一个，但这个绝对有助于更好地理解） - ordag

哦，尤其是你的第三个版本，在分号之前加上typedef；-) - ordag

提醒一下：在您自己的代码中，不能安全地使用像“_Anonymous_1”这样的名称，因为以下划线开头的标识符是保留给实现的。我知道您在伪代码中使用它来展示编译器内部的情况，所以这不是一个更正，只是一个澄清。 - Keith Thompson

是的，这是故意为之的。（我考虑过加入美元符号，但最终决定这样做会带来更多的困惑而不是帮助。） - zwol

Answer 3

为了存储指向结构体的指针，编译器不需要知道其内容或大小，只需要知道指针的大小。

在您的第一个示例中，直到结构定义之后，struct Element才是不完整的类型，但这可以工作，因为您只声明了一个指向它的指针，而不是结构本身的实例。

在您的第二个示例中，您根本没有声明struct Element结构（struct Element和Element不是同一件事）。虽然您仍然可以在结构中包含指针，但它不引用相同的类型，而是引用尚未定义的struct Element。 typedef中的结构定义是匿名结构，因此您只能使用Element（不带struct关键字）来引用它。因此，第二个示例无法按预期工作。

- Dmitri