类型

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基本概念
 

（内建类型上的更多细节参阅算术类型和 C 库所提供的类型相关的工具列表。）

对象、函数和表达式拥有称为类型的属性，它确定存储于对象或表达式求值所得的二进制值的判读方式。

类型分类

C 类型系统由下列类型组成：

  • 类型 void
  • 基本类型
  • 类型 char
  • 有符号整数类型
  • 标准：signed char、short、int、long、long long (C99 起)
  • 位精确：_BitInt(N) 其中 N 为整数常量表达式，指定用于表示该类型的位数，包括符号位。每个 N 值均代表一种独立类型。
(C23 起)
  • 扩展：实现定义，例如 __int128
(C99 起)
  • 无符号整数类型
  • 标准： _Bool、 (C99 起)unsigned char、unsigned short、unsigned int、unsigned long、unsigned long long (C99 起)
  • 位精确：unsigned _BitInt(N) 其中 N 为整数常量表达式，指定用于表示该类型的位数。每个 N 值均代表一种独立类型。此分类中包括类型 unsigned _BitInt(1) 它没有对应的位精确有符号整数类型
(C23 起)
  • 扩展：实现定义，例如 __uint128
(C99 起)
  • 浮点类型
  • 实浮点类型：float、double、long double
  • 十进制实浮点类型：_Decimal32、_Decimal64、_Decimal128
(C23 起)
  • 复数类型：float _Complex、double _Complex、long double _Complex
  • 虚数类型：float _Imaginary、double _Imaginary、long double _Imaginary
(C99 起)
  • 派生类型
(C11 起)

对于上面列出的每个类型，可以存在数种其类型的限定版本，对应 const、volatile 和 restrict 限定符的一、二或全部三个组合（在限定符的语义所允许处）。

类型组别

  • 对象类型：所有不是函数类型的类型
  • 字符类型：char、signed char、unsigned char
  • 整数类型：char、有符号整数类型、无符号整数类型、枚举类型
  • 实数类型：整数类型和实浮点类型
  • 算术类型：整数类型和浮点类型
  • 标量类型：算术类型和指针类型以及 nullptr_t (C23 起)
  • 聚合类型：数组类型和结构体类型
  • 派生声明符类型：数组类型、函数类型和指针类型

构造一个完整对象类型，使其对象表示中的字节数不能以 size_t 类型（即 sizeof 运算符的结果类型）表示，包括在运行时构成这种 VLA 类型， (C99 起)是未定义行为。

兼容类型

C 程序中，在不同翻译单元中涉及同一对象或函数的声明，不必拥有相同类型。它们只需要拥有相似的类型，正式而言即兼容类型。同样的规则适用于函数调用和左值访问；实参类型必须与形参类型兼容，而左值表达式类型必须与被访问对象的类型兼容。

类型 T 与 U 兼容，条件为

  • 它们是同一类型（同名或由 typedef 引入的别名）
  • 它们是使用相同的 cvr 类型限定符限定的类型，并且被限定的类型是兼容的类型
  • 它们是指针类型，并指向兼容类型
  • 它们是数组类型，且
  • 其元素类型兼容，且
  • 若都拥有常量大小，则大小相同。注意：未知边界数组与任何兼容元素类型的数组兼容。VLA 与任何元素类型兼容的数组兼容。 (C99 起)
  • 它们都是结构体/联合体/枚举类型，且
  • (C99)若一者以标签声明，则另一者必须以同一标签声明。
  • 若它们都是完整类型，则其成员必须在数量上准确对应，各自以兼容类型声明，并各自拥有匹配的名称。
  • 另外，若它们都是枚举，则对应成员亦必须拥有相同值。
  • 另外，若它们是结构体或联合体，则
  • 对应的元素必须以同一顺序声明（仅结构体）
  • 对应的位域必须有相同宽度。
  • 一者为枚举类型，而另一者为该枚举的底层类型
  • 它们是函数类型，且
  • 其返回类型兼容
  • 它们都使用形参列表，形参数量（包括省略号的使用）相同，且其对应形参，在应用数组到指针和函数到指针类型调整，及剥除顶层限定符后，拥有相同类型
  • 一个是旧式（无形参）定义，另一个有形参列表，形参列表不使用省略号，而每个形参（在函数形参类型调整后）都与默认实参提升后的对应旧式形参兼容
  • 一个是旧式（无形参）声明，另一个有形参列表，形参列表不使用省略号，而所有形参（在函数形参类型调整后）不受默认实参提升影响
(C23 前)

类型 char 既不与 signed char 兼容，也不与 unsigned char 兼容。

若涉及同一对象或函数的两个声明不使用兼容类型，则程序的行为未定义。 

// 翻译单元 1（Translation Unit 1，以下简称TU1，下同）
struct S {int a;};
extern struct S *x; // 与 TU2 的 x 兼容，但不与 TU3 的 x 兼容
 
// 翻译单元 2
struct S;
extern struct S *x; // 与两个 x 兼容
 
// 翻译单元 3
struct S {float a;};
extern struct S *x; // 与 TU2 的 x 兼容，但不与 TU1 的 x 兼容
 
// 行为未定义
// 翻译单元 1
#include <stdio.h>
 
struct s {int i;}; // 与 TU3 的 s 兼容，但不与 TU2 的 s 兼容
extern struct s x = {0}; // 与 TU3 的 x 兼容
extern void f(void); // 与 TU2 的 f 兼容
 
int main()
{
   f();
   return x.i;
}
 
// 翻译单元 2
struct s {float f;}; // 与 TU4 的 s 兼容，但不与 TU1 的 s 兼容
extern struct s y = {3.14}; // 与 TU4 的 y 兼容
void f() // 与 TU1 的 f 兼容
{
   return;
}
 
// 翻译单元 3
struct s {int i;}; // 与 TU1 的 s 兼容，但不与 TU2 的 s 兼容
extern struct s x; // 与 TU1 的 x 兼容
 
// 翻译单元 4
struct s {float f;}; // 与 TU2 的 s 兼容，但不与 TU1 的 s 兼容
extern struct s y; // 与 TU2 的 y 兼容
 
// 行为良好定义：只有对象或函数的多个声明，而非类型自身必须拥有兼容类型

注意：C++ 没有兼容类型的概念。在不同翻译单元中声明二个兼容但不等同的类型的 C 程序不是合法的 C++ 程序。

合成类型

从两个兼容的类型可以构造合成类型；它是与两个类型兼容，并满足下列条件的类型：

  • 若两个类型均为数组类型，则应用下列规则：
  • 若一个类型是已知常量大小的数组，则合成类型为该大小的数组。
  • 否则，若一个类型是 VLA，其大小由表达式指定且表达式尚未求值，则需要两个类型的合成类型的程序有未定义行为。
  • 否则，若一个类型为已指定大小的 VLA，则合成类型为该大小的 VLA。
  • 否则，若一个类型为未指定大小的 VLA，则合成类型为未指定大小的 VLA。
(C99 起)
  • 否则，两个数组类型都有未知大小，而合成类型为未知大小的数组。
合成类型的元素类型是两个元素类型的合成类型。
  • 若一个类型是有形参类型列表（函数原型）的函数类型，则合成类型为有该形参类型列表的函数原型。
(C23 前)
  • 若两个类型均为有形参类型列表的函数类型，则合成类型的形参类型列表中的每个形参类型，是对应形参的合成类型。

这些规则递归地应用到两个类型的派生来源类型。 

// 给定以下两个文件作用域声明：
int f(int (*)(), double (*)[3]);
int f(int (*)(char *), double (*)[]); // C23: 错误: 对于 'f' 冲突的类型
// 生成的函数合成类型为：
int f(int (*)(char *), double (*)[3]);

对于拥有内部或外部链接，并在其先前声明已经可见的作用域中再次声明的标识符，若先前的声明指定了内部或外部链接，则在后一声明中的标识符类型成为合成类型。

不完整类型

不完整类型是缺乏足以确定其对象大小的信息对象类型。不完整类型可以在翻译单元的某些点完整。

下列类型不完整：

  • 类型 void。此类型不能完整。
  • 大小未知的数组。之后指定大小的声明能使之完整。 
extern char a[]; // a 的类型不完整（这通常出现于头文件）
char a[10];      // a 的类型现在完整（这通常出现于源文件）
  • 内容未知的结构体或联合体类型。在同一作用域的后面，定义同一结构体或联合体的内容的声明能使之完整。 
struct node
{
    struct node *next; // struct node 在此点不完整
}; // struct node 在此点完整

类型名

在除声明之外的语境中可能需要指名某个类型。这些情况下使用类型名，即 类型说明符 和 类型限定符 的列表，后随 声明符（见声明），它在文法上与会用来声明此类型的单个对象或函数的列表完全相同，除了省略掉其中的标识符： 

int n; // 声明 int 
sizeof(int); // 使用类型名
 
int *a[3]; // 声明 3 个指向 int 指针的数组
sizeof(int *[3]); // 使用类型名
 
int (*p)[3]; // 声明指向 3 个 int 的数组的指针
sizeof(int (*)[3]); // 使用类型名
 
int (*a)[*] // （在函数参数中）声明指向 VLA 的指针
sizeof(int (*)[*]) // （在函数参数中）使用类型名
 
int *f(void); // 声明函数
sizeof(int *(void)); // 使用类型名
 
int (*p)(void); // 声明指向函数指针
sizeof(int (*)(void)); // 使用类型名
 
int (*const a[])(unsigned int, ...) = {0}; // 声明指向函数指针的数组
sizeof(int (*const [])(unsigned int, ...)); // 使用类型名

除了围绕标识符的冗余括号在类型名中有意义，并表示“不指定形参的函数”： 

int (n); // 声明 int 类型的 n
sizeof(int ()); // 使用类型“返回 int 的函数”

类型名用于下列场合：

(C99 起)
(C11 起)


类型名可引入新类型： 

void* p = (void*)(struct X {int i;} *)0;
// 用于转型表达式的 "struct X {int i;}*"
// 引入新类型 "struct X"
struct X x = {1}; // struct X 现在在作用域中

引用

  • C23 标准（ISO/IEC 9899:2024）：
  • 6.2.5 Types （第 TBD 页）
  • 6.2.6 Representations of types （第 TBD 页）
  • 6.2.7 Compatible type and composite type （第 TBD 页）
  • C17 标准（ISO/IEC 9899:2018）：
  • 6.2.5 Types （第 31-33 页）
  • 6.2.6 Representations of types （第 31-35 页）
  • 6.2.7 Compatible type and composite type （第 35-36 页）
  • C11 标准（ISO/IEC 9899:2011）：
  • 6.2.5 Types （第 39-43 页）
  • 6.2.6 Representations of types （第 44-46 页）
  • 6.2.7 Compatible type and composite type （第 47-48 页）
  • C99 标准（ISO/IEC 9899:1999）：
  • 6.2.5 Types （第 33-37 页）
  • 6.2.6 Representations of types （第 37-40 页）
  • 6.2.7 Compatible type and composite type （第 40-41 页）
  • C89/C90 标准（ISO/IEC 9899:1990）：
  • 3.1.2.5 Types
  • 3.1.2.6 Compatible type and composite type

参阅

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