从C传递bool到C++并返回

Question

从C传递bool到C++并返回

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当设计数据结构以通过连接C和C++代码的C API传递时，是否可以安全地使用bool？也就是说，如果我有一个像这样的struct：

struct foo {
  int bar;
  bool baz;
};

在C（其中它是一个_Bool）和C++中，baz的大小、含义以及在foo内的位置是否以相同的方式解释是有保证的吗？

我们正在考虑在单个平台上（在Beaglebone上的Debian 8上使用GCC），通过相同的GCC版本编译C99和C++11代码。欢迎提出一般性意见。

- sbi

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CиҜӯиЁҖдёӯзҡ„boolдёҺC++иҜӯиЁҖдёӯзҡ„boolжҳҜдёҚеҗҢзҡ„гҖӮCиҜӯиЁҖдёӯзҡ„boolе®һйҷ…дёҠжҳҜC99еј•е…Ҙзҡ„зұ»еһӢ_Boolзҡ„typedefеҲ«еҗҚгҖӮ - martinkunev

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sizeof(bool)和sizeof(_Bool)(C99布尔类型)的大小取决于实现。如果在您的平台上使用一组编译器时它们具有相同的大小，只要您坚持使用这些编译器，就可以认为它是安全的。但是，关于结构布局的填充方式，即使布尔类型的大小相同，可能也会存在其他问题。 - Jabberwocky

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@sbi 我找到了这个链接：https://dev59.com/inA65IYBdhLWcg3w-z5A，它有用吗？ - Pavel

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在Visual C++ 5.0版本中，将bool的大小从32位改为8位。因此理论上应确保不要混合使用来自不同编译器版本的目标代码。但另一方面，现代编译器几乎不会使用大于8位的bool类型。 - nwellnhof

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在我看来，“平台”也意味着编译器/设置。因此，“单一平台”和两个不同的编译器/设置（一个用于C，另一个用于C ++）是不正确的。这是两个可能非常相似或非常不同的平台。我会选择使用 int32_t 和 uint8_t。 - chux - Reinstate Monica

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4个回答

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语言标准对此没有任何说明（如果我错了，请指出，我找不到任何信息），因此，如果我们仅限于语言标准，这是不安全的。但是，如果你挑剔地支持哪些架构，你可以查找它们的ABI文档以查看是否安全。

例如，amd64 ABI 文档中有一个脚注，针对 _Bool 类型，其中写道：

在 C++ 中，该类型称为 bool。

我不能用其他方式解释这个问题，除了它将是兼容的。

另外，只是思考一下这个问题。当然会起作用。编译器生成的代码既遵循 ABI，也遵循平台上最大的编译器的行为（如果该行为在 ABI 之外）。C++ 的一个重要特点是它可以链接到用 C 编写的库，而库的一个特点是它们可以由同一平台上的任何编译器编译（这就是为什么我们首先需要 ABI 文档的原因）。可能会发生一些轻微的不兼容性吗？当然可能会，但这是你最好通过向编译器制造商报告错误来解决，而不是在你的代码中进行解决。我怀疑 bool 会是编译器制造商会搞砸的东西。

- Art

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C标准仅对_Bool这个类型做了如下规定：

声明为 _Bool 类型的对象足够大，可以存储值 0 和 1。

这意味着 _Bool 至少要等于 sizeof(char) 或者更大（保证可以存储true/false）。

具体大小取决于实现，正如Michael在评论中所说。最好在相关编译器上执行一些大小测试，如果匹配并且您继续使用同一个编译器，那么就可以认为是安全的。

- Hatted Rooster

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但是 sizeof(char) 被保证为1。每种类型都等于或大于它。 - paulotorrens

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@paulotorrens 这正是我所说的。 - Hatted Rooster

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正如Gill Bates所说，C语言中的sizeof(bool)依赖于编译器。无法保证相同的编译器在处理C和C++时会以相同方式处理布尔类型，也不能保证在不同体系结构上，它们的处理方式一致。如果愿意，编译器甚至可以根据C标准将其表示为位域中的单个位。

在使用具有32位ARM核心和32位DSP核心以及可由两者访问的共享内存的TI OMAP-L138处理器上，我亲身经历过这种情况。ARM核心将bool表示为一个int（32位），而DSP将bool表示为char（8位）。为了解决这个问题，我定义了自己的类型bool32_t，用于共享内存接口，知道32位值适用于两个方面。当然，我也可以将其定义为8位值，但是考虑到本机整数大小，我认为这样做可能影响性能。

如果你像我一样这样做，你可以100%保证你的C和C++代码具有二进制兼容性。否则就不行。事实就是这么简单。使用相同的编译器，成功的概率非常高——但是没有保障，更改编译器选项可能会让你意想不到地收到影响。

另外，你的int也应该使用int16_t、int32_t或其他已定义大小的整数。（你应该包含stdint.h以获取这些类型定义。）在同一平台上，C和C++使用不同的int极不可能，但是对于固件来说，使用int是一个坏代码习惯。例外情况是在那些真正不关心int长度的地方，但必须清楚的是，接口和结构必须有明确定义。程序员很容易就int的大小做出错误的假设，并且当问题出现时，结果通常是灾难性的——更糟糕的是，他们经常在测试中没有出错，很难找到并修复问题。

- Graham

如果我没记错的话，C++标准保证 sizeof(bool) == 1。 - sbi

@sbi 我会对此感到惊讶，因为在某些处理器上，字节寻址比本机字寻址更慢。这可能对C++来说是正确的，但我不确定。我知道C语言不能保证这一点，并且在32位ARM核心上使用GCC默认生成32位布尔值。 - Graham

@sbi 我的回答并不是关于C++的行为，而是关于C的行为。正如我所说，我个人有GCC将C bool编译为整数大小（在该处理器上为4字节）的经验。为了解决当我遇到这个问题时的问题，我让我的程序打印所有类型的sizeof。bool报告为4。 - Graham

如果你在第一句话中提到了C语言，你可能需要提一下。（就像我在第一条评论中所做的那样。） - sbi

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@sbi 你的记忆有误：https://en.cppreference.com/w/cpp/language/types#Boolean_type - JDługosz

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@JDługosz 哎呀，谢谢。 - sbi

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可以查看英文原文，
原文链接

- paulotorrens · Accepted Answer

C语言和C++语言中的bool类型是不同的，但只要你坚持使用相同的编译器（在你的情况下，gcc），这应该是安全的，因为这是一个合理普遍的情况。

在C++中，bool一直是一个关键字。C语言直到C99才引入了关键字_Bool（因为人们在C89代码中将bool typedef或#define为int或char，所以直接添加bool作为关键字会破坏现有代码）；在C语言中，有头文件stdbool.h，其中应该有从_Bool到bool的typedef或#define。看一下你的；GCC的实现看起来像这样：

/*
 * ISO C Standard:  7.16  Boolean type and values  <stdbool.h>
 */

#ifndef _STDBOOL_H
#define _STDBOOL_H

#ifndef __cplusplus

#define bool        _Bool
#define true        1
#define false        0

#else /* __cplusplus */

/* Supporting <stdbool.h> in C++ is a GCC extension.  */
#define _Bool        bool
#define bool        bool
#define false        false
#define true        true

#endif /* __cplusplus */

/* Signal that all the definitions are present.  */
#define __bool_true_false_are_defined        1

#endif        /* stdbool.h */

这让我们相信，至少在GCC中，这两种类型是兼容的（在大小和对齐方面），因此结构布局将保持不变。

值得注意的是，Itanium ABI，被GCC使用以及其他大多数编译器（除了Visual Studio；如下面评论中的Matthieu M.所述）在许多平台上指定_Bool和bool遵循相同的规则。这是一个强有力的保证。第三个提示来自Objective-C参考手册，它说对于Objective-C和Objective-C++，它们分别遵循C和C ++的惯例，bool和_Bool是等价的; 因此，虽然标准没有保证，但您可以假设它们是等效的。

编辑：

如果标准不能保证_Bool和bool兼容（大小、对齐和填充），那么怎么办呢？

当我们说这些东西是“架构相关”的时候，实际上我们是指它们是“ABI相关”的。每个编译器都实现一个或多个ABI，如果两个编译器（或同一编译器的版本）实现了相同的ABI，则称它们是兼容的。由于从C++调用C代码是普遍存在的，因此所有我听说过的C++ ABI都扩展了本地C ABI。

由于OP询问了有关Beaglebone的问题，我们必须检查ARM ABI，特别是Debian使用的GNU ARM EABI。正如Justin Time在评论中所指出的那样，ARM ABI确实声明C++的ABI扩展了C的ABI，并且_Bool和bool是兼容的，两者大小均为1，对齐方式为1，表示机器的无符号字节。因此，在Beaglebone上，是的，_Bool和bool是兼容的。