6.7.3.2 结构体和联合体说明符

IMPORTANT

这一节同时规定了普通成员、位字段、匿名结构体/联合体，以及柔性数组成员。网页端阅读时，最好把它们看成四套不同规则，而不是一套规则的附带细节。

• 语法
• 约束
• 语义总则
• 成员与位字段
• 匿名结构体与匿名联合体
• 布局与地址
• 柔性数组成员

语法

1. struct / union 说明符有两种基本形式：

   • 带成员声明列表的定义形式；
   • 只有关键字加标记的引用形式。

2. 成员声明可以是：

   • 普通成员声明；
   • 位字段声明；
   • static_assert 声明。

约束

1. 除非该成员声明声明的是匿名结构体或匿名联合体，否则成员声明必须带成员声明符列表。

2. 结构体或联合体成员不能是不完整类型，也不能是函数类型。

3. 例外是：拥有超过一个具名成员的结构体，其最后一个成员可以是不完整数组类型，这就是柔性数组成员。

4. 含有这种结构体成员的结构体，或者递归地含有这种成员的联合体，不能再作为另一个结构体成员，也不能成为数组元素。

5. 位字段宽度表达式必须是非负整数常量表达式，并且宽度不能超过省略 : width 后该类型对象本来可拥有的位宽。

6. 若位字段宽度为 0，则该声明不能带声明符。

7. 位字段类型必须是以下之一：

   • bool
   • signed int
   • unsigned int
   • 位精确整数类型
   • 其他由实现定义的类型

8. 位字段是否允许原子类型，由实现定义。

语义总则

1. 结构体由按顺序分配存储的一串成员组成。

2. 联合体由共享同一片存储的一串成员组成。

3. 写在 struct / union 说明符上的属性，附着到该结构体或联合体类型本身。

4. 写在成员声明前面的属性，附着到该成员声明里声明出的每个成员。

5. 写在说明符-限定符列表里的属性，附着到该成员声明或类型名里形成的类型。

成员与位字段

1. 成员列表如果完全没有具名成员，无论是直接没有，还是通过匿名结构体/联合体递归展开后仍然没有，行为都未定义。

2. 结构体或联合体成员可以是任意完整对象类型，但不能是变长修改类型。

3. 位字段的值域由声明类型和指定位宽共同决定。

4. 对非零宽度的 bool 位字段，若存入 0 或 1，之后比较时必须得到相同布尔值。

5. 实现可以自由选择位字段所用的可寻址存储单元，也可以决定：

   • 位字段在单元内是从高位到低位分配还是反过来；
   • 放不下时跨单元还是转入下一单元；
   • 存储单元的对齐。

6. 无名位字段常用于补齐布局。

7. 宽度为 0 的无名位字段表示：后续位字段不得继续塞进前一个位字段所在的那个存储单元。

匿名结构体与匿名联合体

1. 类型说明符是无标记结构体说明符的无名成员，称为匿名结构体。

2. 类型说明符是无标记联合体说明符的无名成员，称为匿名联合体。

3. 匿名结构体/联合体中的成员，会被视为包含它的结构体或联合体的成员。

4. 这种规则会递归传播。

5. 例如：

struct v {
    union {
        struct { int i, j; };
        struct { long k, l; } w;
    };
    int m;
} v1;

这里 v1.i 有效，但 v1.k 无效，因为 k 在具名成员 w 中。

布局与地址

1. 结构体中，非位字段成员和装位字段的存储单元，其地址按声明顺序递增。

2. 指向结构体对象的指针，适当转换后，会指向它的首成员；反过来也成立。

3. 结构体内部可以有无名填充，但开头不能有。

4. 联合体大小足以容纳最大成员。

5. 指向联合体对象的指针，适当转换后，可以视为指向其任一成员。

6. 联合体成员彼此重叠；把它们都转换成字符类型指针时，会指向同一字节起点。

7. 结构体和联合体尾部都可以有无名填充。

柔性数组成员

1. 柔性数组成员只能出现在“至少有两个具名成员的结构体”的最后一个位置。

2. 在大多数场景中，柔性数组成员会被忽略；例如 sizeof(struct s) 时，效果好像它不存在，只是尾部可能多出额外填充。

3. 但当你对带柔性数组成员的结构体对象使用 . 或 -> 访问该成员时，语义会近似为：

   • 把它看成“尽可能长、但又不超过当前对象实际大小”的数组。

4. 若按这个规则推出来的数组长度为 0，标准仍把它当成“像是有 1 个元素”，但访问那个元素或生成越过它的指针都属于未定义行为。

典型用法

struct s { int n; double d[]; };
int m = 8;
struct s *p = malloc(sizeof(struct s) + sizeof(double[m]));

若分配成功，那么 p->d 在多数语义下可看作长度为 m 的 double 数组。