C语言typedef与结构体声明顺序为何导致编译差异

编译结果现象 #

• 第一段代码可正常通过编译
• 第二段代码编译时抛出明确错误：error: unknown type name ‘api_set’、error: unknown type name ‘api_read’

可正常编译的代码片段 #

typedef struct _api_t api_t;

typedef void (*api_set) (api_t * api;
             int a;
  );

typedef int (*api_read) (api_t * api;
  );
  
struct _api_t
{
  api_set set;
  api_read read;
};

编译报错的代码片段 #

typedef struct _api_t
{
  api_set set;
  api_read read;
} 
api_t;

typedef void (*api_set) (api_t * api;
             int a;
  );

typedef int (*api_read) (api_t * api;
  );

底层原理 #

C语言采用单遍顺序扫描的编译逻辑，所有自定义类型、变量、函数都必须遵循先声明、后使用的强制规则，编译器不会提前扫描后续代码来识别还没声明的标识符。两段代码的唯一本质差异就是类型声明的先后顺序：

1. 第一段代码的声明顺序完全符合规则：
   • 第一行先做结构体前置声明：typedef struct _api_t api_t;，这一步先让编译器知道api_t是对应struct _api_t的类型别名。因为后续api_set、api_read里只用了api_t*（指针类型，编译器不需要知道结构体的具体内存布局，只要识别到这是个指向对应结构体的指针即可），这个不完整类型的前置声明完全合法。
   • 紧接着顺序定义api_set、api_read两个函数指针类型别名，这一步用到的api_t*已经完成前置声明，编译器可以正常识别。
   • 最后定义struct _api_t的完整结构体内容时，成员用到的api_set、api_read类型已经完成声明，编译器可以正确解析成员类型，因此编译通过。
2. 第二段代码的声明顺序违反了先声明后使用的规则：
   • 代码一上来就定义struct _api_t的完整结构，写成员set、read的类型时，api_set、api_read两个类型别名的typedef定义还写在结构体定义的后面。编译器顺序扫描到这两个成员的时候，还没读到后续的类型定义，根本识别不了api_set、api_read是什么，直接抛出未知类型错误。

注：示例代码里函数指针参数列表用分号分隔是GCC支持的老式非标准语法，和本次的类型报错没有关联，不影响上述顺序规则的判定。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Wojciech Mierzejewski