关于typedef中单实例数组的一些问题

Question

我正在使用 GNU 多精度 (GMP) 库代码仔细阅读一些使用任意长度整数的代码。 MP 整数的类型是 gmp.h 头文件中定义的 mpz_t 。

但是，我对这个库定义的 mpz_t 类型的较低级别定义有一些疑问。头代码中：

/* THIS IS FROM THE GNU MP LIBRARY gmp.h HEADER FILE */
typedef struct
{
    /* SOME OTHER STUFF HERE */
} __mpz_struct;

typedef __mpz_struct mpz_t[1];

第一个问题：[1]是否与__mpz_struct关联？换句话说，typedef 是否将 mpz_t 类型定义为仅出现一次的 __mpz_struct 数组？

第二个问题：为什么是数组？ （为什么只出现一次？）这是我听说过的结构黑客之一吗？

第三个问题（可能与第二个问题间接相关）：mpz_init_set(mpz_t, unsigned long int) 函数的 GMP 文档说仅将其用作按值传递，尽管人们会假设该函数将在被调用函数中修改其内容（因此需要传递引用）语法。请参阅我的代码：

/* FROM MY CODE */
mpz_t fact_val;                /* declaration */
mpz_init_set_ui(fact_val, 1);  /* Initialize fact_val */

单次出现的数组是否自动启用引用传递（由于 C 中数组/指针语义的崩溃）？我坦率地承认我有点过度分析了这一点，但我当然喜欢对此进行任何讨论。谢谢！

Answer 1

这似乎不是 C2 上描述的意义上的结构黑客。看来他们希望 mpz_t 具有指针语义（大概，他们希望人们像不透明指针一样使用它）。考虑以下代码片段之间的语法差异：

struct __mpz_struct data[1];

(&data[0])->access = 1;
gmp_func(data, ...);

由于 C 数组会衰减为指针，因此

mpz_t data;

data->access = 1;
gmp_func(data, ...);

这还允许自动通过引用传递 mpz_t 类型。

它还允许您使用类似指针的类型，而无需malloc或free它。

Answer 2

*^{第一个问题：[1] 是否与 __mpz_struct 关联？换句话说，typedef 是否将 mpz_t 类型定义为仅出现一次的 __mpz_struct 数组？}*

是的。

^{第二个问题：为什么是数组？ （为什么只出现一次？）这是我听说过的结构黑客之一吗？}

打败了我。不知道，但一种可能性是作者想要创建一个自动通过引用传递的对象，或者“是”，可能是结构黑客。如果您曾经看到 mpz_t 对象作为结构的最后一个成员，那么“几乎可以肯定”这是结构黑客。看起来像这样的分配

malloc(sizeof(struct whatever) + sizeof(mpz_t) * some_number)`

将是一个致命的赠品。

^{单次出现的数组是否自动启用引用传递...？}

啊哈，你也明白了。 “是”，一个可能的原因是以更复杂的引用为代价来简化引用传递。

我想另一种可能性是数据模型或算法发生了变化，作者想找到每个参考并以某种方式改变它。像这样的类型更改将使程序具有相同的基本类型，但会错误输出每个未转换的引用。

Answer 3

其原因来自于mpn的实现。具体来说，如果您有数学倾向，您会发现 N 是自然数集合 (1,2,3,4...)，而 Z 是整数集合 (...,-2,-1,0 ,1,2,...)。

为Z 实现bignum 库相当于为N 实现bignum 库，并考虑到符号运算的一些特殊规则，即跟踪是否需要进行加法或减法以及结果是什么。

现在，至于 bignum 库是如何实现的......这里有一行代码可以为您提供线索：

typedef unsigned int        mp_limb_t;
typedef mp_limb_t *     mp_ptr;

现在让我们看一下对其进行操作的函数签名：

__GMP_DECLSPEC mp_limb_t mpn_add __GMP_PROTO ((mp_ptr, mp_srcptr, mp_size_t, mp_srcptr,mp_size_t));

基本上，它归结为“limb”是一个整数字段表示数字的位，整个数字表示为一个巨大的数组。聪明的部分是 gmp 以非常高效、优化的方式完成这一切。

无论如何，回到讨论。基本上，如您所知，在 C 中传递数组的唯一方法是传递指向这些数组的指针，这可以有效地实现按引用传递。现在，为了跟踪发生的情况，定义了两种类型，一个 mp_ptr ，它是一个足以存储您的数字的 mp_limb_t 数组，以及 mp_srcptr 这是它的 const 版本，这样您就不会意外地更改您正在操作的源 bignums 的位。基本思想是大多数函数都遵循这种模式：

func(ptr output, src in1, src in2)

等等。因此，我怀疑 mpz_* 函数遵循这种约定只是为了保持一致，因为这就是作者的想法。

简短版本：由于您必须实现 bignum lib，所以这是必要的。