指向结构或类的指针与指向第一个字段的指针

Question

我最近尝试通过将几个指针的值打印到控制台来调试一个小程序。第一个是结构的内存地址，其他是其字段的内存地址。精简版代码如下：

#include <iostream>

struct testingPointers
{
    int i;
    float f;
    double d;
} test;

int main()
{
   std::cout << &test << '\n' << &(test.i) << '\n' << 
            &(test.f) << '\n' << &(test.d);
}

输出是：

0x681110
0x681110
0x681114
0x681118

（显然，不同运行的确切值不同，但它们之间的相对位置始终相同）。

我很困惑，因为第一个指针的值——test 的内存位置——与第二个指针（test 的第一个字段）的值相同。这是否意味着对象没有真正唯一的内存地址，并且指向结构或类的指针只是指向其第一个字段？如果是这样，像

这样的语句如何

a.b
a->b
a.b()

如果a 实际上只是它的第一个字段，因此没有任何字段或方法，是否有意义？

Answer 1

对象的地址应始终是该对象中第一个非静态成员的地址。引用标准（C++11-9.2-20）：

指向标准布局结构对象的指针，使用 reinterpret_cast 适当转换，指向其初始成员（或者如果该成员是位字段，则指向它所在的单元），反之亦然. [注意：因此，标准布局结构对象中可能存在未命名的填充，但不是在其开头，这是实现适当对齐所必需的。

这里提到了标准布局的要求：StandardLayoutType。

这当然可以通过嵌套来应用。该标准对位域的第一个成员 except 的 type 没有任何例外。即：

class X
{
public:
    int x;
};

class Y
{
public:
    X x;
    int y;
};

Y yobj;

按照标准，&yobj == &yobj.x == &yobj.x.x。

Answer 2

一个类或结构只是描述了一个字段的集合，这些字段应该一起保存在内存中，并且在它们之间有一些语义关系以及对它们进行操作的一些操作。在简单的情况下，内存中类类型对象的内容只不过是由它组成的成员（和一些填充）。当内存中有一个testingPointers 对象时，它实际上只是一个int、一个float 和一个double。类的概念仅用于生成正确的可执行代码——它在运行时不存在（至少不用于此目的）。

标准中关于对象是否可以共享内存地址的重要部分是§1.8/6：

除非对象是位域或大小为零的基类子对象，否则该对象的地址就是它占用的第一个字节的地址。如果一个对象是另一个对象的子对象，或者如果至少一个是大小为零的基类子对象并且它们属于不同类型，则两个不是位域的对象可能具有相同的地址；否则，它们将具有不同的地址。

由此我们可以推断，因为成员test.i是test的子对象，所以他们很可能有相同的地址。

一旦您尽可能深入地查看程序的所有对象，您真正拥有的是大量标量值和相邻位域。这些在标准中称为内存位置。这些是真正占用空间的东西。您的其余对象都以某种方式由这些组成。

内存位置要么是标量类型的对象，要么是所有具有非零宽度的相邻位域的最大序列。 [ 注意： 语言的各种特性，例如引用和虚函数，可能涉及程序无法访问但由实现管理的额外内存位置。 — 尾注 ]

Answer 3

只是为了澄清你的困惑：

1).第一个指针的值--test的内存位置--与第二个(test的第一个字段)的值相同。
Struct 的地址和它的第一个字段必须相同，因为 struct 不是它的字段的连续集合。

你也可以考虑数组的情况来进一步简化理解，其中数组的地址显然会等于数组的第一个元素（字段）。

2)。这是否意味着对象没有真正唯一的内存地址，而指向结构或类的指针只是指向其第一个字段？
我认为您将它与 JAVA 混淆了，其中对象总是在堆上分配。在 C++ 中，结构/类总是在堆栈上分配，除非它是动态内存分配（使用“new”运算符），其中对象在堆中分配，并且指针变量（在堆栈中）将指向堆中的该对象。因此，在前一种情况下，struct 变量的地址总是与其第一个元素（字段）的地址相同。

希望对您有所帮助。

Answer 4

内存中的结构仅由串在一起的字段组成。根据对齐需要，结构之前和/或字段之间可能有填充，但在第一个字段之前通常没有任何额外的“东西”。所以第一个字段和结构本身具有相同的地址。

请记住，在 C 中，类型仅在编译时存在。