为预编译C++库设计C API：不透明指针直接传递的安全性问询

1. 你设想的方案是否安全？ #

这个方案的安全性取决于C API对ObjectExtra*的使用限制：

• 如果仅将ObjectExtra*作为不透明指针使用（只允许用户传递该指针，不允许在C代码中解引用、访问成员或执行sizeof等操作，所有内部逻辑都通过你提供的C API函数完成），那么方案是安全的：
  • 二进制层面，C++中InternalObjectExtra*与C中struct ObjectExtra*的指针表示是兼容的（绝大多数平台的指针大小一致）。
  • 宏控制得当的情况下，外部C代码只会看到不完整的struct ObjectExtra类型，无法直接操作内部细节，避免了误操作风险。
• 若允许用户在C代码中直接操作ObjectExtra的成员，方案完全不安全：
  • 若InternalObjectExtra是std::vector<int>这类C模板类型，其内存布局依赖编译器实现，C代码无法正确解析；即使是自定义结构体，C与C的ABI也可能存在对齐规则等差异，直接访问会触发未定义行为。

2. 更优替代方案 #

如果上述方案不符合安全要求，除void*或额外包装结构体之外，最合理的方案是完全封装ObjectExtra的操作逻辑，不暴露任何底层指针：

• 针对InternalObjectExtra需要暴露的每一项功能，单独设计对应的C API函数，让用户通过这些函数间接操作，而非直接持有指针。
• 示例（假设InternalObjectExtra是std::vector<int>）：

  // public.h
  struct Object;
  
  // 获取vector的大小
  error_code object_extra_get_size(Object* obj, size_t* out_size);
  // 获取指定索引的元素
  error_code object_extra_get_element(Object* obj, size_t index, int* out_value);
  // 添加元素到vector
  error_code object_extra_add_element(Object* obj, int value);
  

  // impl.cpp
  extern "C" {
  error_code object_extra_get_size(Object* obj, size_t* out_size) {
      if (!obj || !out_size) return ERROR_INVALID_ARG;
      *out_size = obj->mObject->data.size();
      return ERROR_SUCCESS;
  }
  
  error_code object_extra_get_element(Object* obj, size_t index, int* out_value) {
      if (!obj || !out_value || index >= obj->mObject->data.size()) return ERROR_INVALID_ARG;
      *out_value = obj->mObject->data[index];
      return ERROR_SUCCESS;
  }
  
  error_code object_extra_add_element(Object* obj, int value) {
      if (!obj) return ERROR_INVALID_ARG;
      obj->mObject->data.push_back(value);
      return ERROR_SUCCESS;
  }
  }
  

• 该方案的优势：
  1. 彻底规避C/C++ ABI兼容问题，所有底层类型细节都隐藏在C++实现中。
  2. 符合C API设计惯例，用户无需关心底层类型，只需调用封装好的函数。
  3. 后续InternalObjectExtra的类型或结构发生变化时，只要C API函数签名不变，外部用户代码无需修改。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Sam Coutteau