Linux 是如何隐藏`DIR`结构体定义的

[vituralfuture]

最近在看 APUE 时遇到了DIR，提到了由于不同的实现，解析目录文件内容方式不统一，通常会阻止直接读取目录文件的内容

DIR *opendir (const char *name)

跳转到DIR的定义

/* This is the data type of directory stream objects.
   The actual structure is opaque to users.  */
typedef struct __dirstream DIR;

__dirstream定义找不到
注释说 DIR 结构体对用户透明，那么它是如何隐藏这个定义的呢？

源文件

#include <stdio.h>
#include <dirent.h>

int main() {
    DIR* dir = opendir(".");
    struct dirent *d = readdir(dir);
    while (d) {
        printf("%s\n", d->d_name);
        d = readdir(dir);
    }
    return 0;
}

使用 gcc 预处理源文件

➜  test gcc -E ls.c | grep __dirstream -A2 -B2
  };
# 127 "/usr/include/dirent.h" 3 4
typedef struct __dirstream DIR;

并没有找到__dirstream的定义

所以是如何实现隐藏定义的？

[geelaw]

C 语言不要求所有 struct 都有定义，只要声明之后就可以使用指针。（当然用 sizeof 作用，或者定义该类型对象或数组，是需要该结构体的定义的。）所谓它是 opaque 就是说不提供定义。

从 C 的 ABI 的角度，结构体指针和 void 指针没啥区别。实现 opendir 的人可能知道 DIR 的定义，并分配好内存、填充好数据返回给调用者。

[geelaw]

举个例子：

// a.c
#include<malloc>
typedef struct a { int b; } a;
a *foo(void)
{
return (a *)malloc(sizeof(a));
}

编译 a.c 之后得到 a.obj ，删去 a.c

// b.c
typedef struct a a;
a *foo(void);
int main(void) { foo(); }

编译 b.c 并和 a.obj 链接。结果是 b 可以正常执行，在 b 产生的时候不需要 a.c 的存在。

现在的状况就是 opendir 在别人写的 a.c 里面，但别人没有提供 a.c 而是提供了 a.obj ，而别人提供的 .h 是上面 b.c 的前两行。

[yanqiyu]

因为除了 libc 内部之外不需要接触到 DIR 这个结构的成员

结构体的定义就是告诉编译器，结构体的成员排布（每个成员的偏移，结构体的大小），要是编译器用不到这些信息就不会要求必须看到定义。（ C++ 管这叫做 odr-use ，但是不知道 C 有没有类似的术语，也可以类比前向声明的时候不需要具体定义）

要是没有用到具体定义的翻译单元，就没必要让编译器看到结构体的定义。然后包含这个结构体的定义的头文件大概没有被发布出来，只是被一些内部函数的定义的代码用到了（就是编译 libc 的时候有，但是在 libc 安装的时候没有被拷贝出来）。

[vituralfuture]

理解了，这个`DIR`就是一个不完整的类型，因为只有声明，能通过编译，只能当作指针使用，而它的成员、大小都是未知的

如果对`DIR`使用`sizeof`或者指针运算，就无法通过编译

[lance6716]

原来更高级语言的抽象啊接口啊，在 C 里是这样的。学习了

[fpk5]

library 一般通过提供结构的 declaration 而没有 definition 的方式来隐藏内部实现的（类比 private 成员）。对于内部成员的操作需要全部通过函数暴露出来，函数没有提供的操作就是 private 的方便库作者后面更改。`__dirstream` 在 linux 里的 definition 在 glibc 里 https://elixir.bootlin.com/glibc/latest/source/sysdeps/unix/sysv/linux/dirstream.h#L30 。