C 结构点运算符到底是做什么的（低级视角）？答案

【问题标题】：What exactly does the C Structure Dot Operator Do (Lower Level Perspective)?C 结构点运算符到底是做什么的（低级视角）？
【发布时间】：2016-02-23 21:56:34
【问题描述】：

我有一个关于 C 中的结构的问题。因此，当您创建一个结构时，您实际上是在定义一块内存的框架。因此，当您创建结构的实例时，您正在创建一个内存块，以便它能够容纳一定数量的元素。

但是，我对点运算符的作用有些困惑。如果我有一个struct Car 并且有一个名为GasMileage 的成员（这是一个int 成员），我可以通过执行类似的操作来获得GasMileage 的值，

int x = CarInstance.GasMileage;

但是，我对这个点运算符的实际情况感到困惑。点运算符是否只是作为基地址的偏移量？它又是如何推断出它是一个 int 的呢？

我想我很好奇幕后发生了什么。是否可以通过做其他事情来引用GasMileage？比如

int *GasMileagePointer = (&carInstance + offsetInBytes(GasMileage));
int x = *GasMileage

这只是我迅速编造出来的。我一直在努力寻找一个好的解释，但似乎没有什么比将点运算符视为魔术更能解释它了。

【问题讨论】：

How can I get/set a struct member by offset。至少解决您问题的第二部分。
也许一本关于编译器构造的书会是一本不错的读物。
@Olaf：您无需了解编译器构造即可了解. 运算符的语义。
编译器推断CarInstance.GasMileage 是int，因为GasMileage 成员被定义为int。
@KeithThompson：OP 要求提供实施细节。这是 CC 的一部分。此外，我预计这不会是他在这个领域可能遇到的唯一问题。所以打好基础是个好主意。

标签： c struct

【解决方案1】：

当您使用 . 运算符时，编译器会将其转换为 struct 内的偏移量，具体取决于它前面的字段（和填充）的大小。

例如：

struct Car {
    char model[52];
    int doors;
    int GasMilage;
};

假设int为4字节且无填充，则model的偏移量为0，doors的偏移量为52，GasMilage的偏移量为56。

所以如果你知道成员的偏移量，你可以像这样得到一个指向它的指针：

int *GasMileagePointer = (int*)((char *)&carInstance + offsetInBytes(GasMile));

强制转换为char * 是必要的，这样指针算术一次只处理1 个字节，而不是一次处理1 个sizeof(carInstance)。然后需要将结果转换为正确的指针类型，在本例中为int *

【讨论】：

【解决方案2】：

是的，点运算符只是从结构的基址应用一个偏移量，然后访问该地址处的值。

int x = CarInstance.GasMileage;

相当于：

int x = *(int *)((char*)&CarInstance + offsetof(Car, GasMileage));

对于具有其他类型T 的成员，唯一的区别是演员(int *) 变为(T *)。

【讨论】：

【解决方案3】：

点运算符只是选择成员。

由于编译器有关于成员（实际上是所有成员）的 type（以及因此 size）的信息，它知道该成员从一开始的偏移量结构，并且可以生成适当的指令。它可能会生成一个 base+offset 访问，但它也可以直接访问该成员（甚至将其缓存在寄存器中）。编译器拥有所有这些选项，因为它在编译时拥有所有必要的信息。

如果没有，例如 不完整类型，您将收到编译时错误。

【讨论】：

【解决方案4】：

当它起作用时，“。” “。”的行为运算符相当于获取结构的地址，通过成员的偏移量对其进行索引，并将其转换为成员类型的指针，然后取消引用。但是，该标准规定在某些情况下不能保证有效。例如，给定：

struct s1 {int x,y; }
struct s2 {int x,y; }
void test1(struct s1 *p1, struct s2 *p2)
{
  s1->x++;
  s2->x^=1;
  s1->x--;
  s2->x^=1;
}

编译器可能会认为 p1->x 和 p2->x 没有合法的方法可以识别同一个对象，所以它可以重新排序代码以便 ++ 和 -- 对 s1->x 取消的操作，以及对 s2->x 取消的 ^=1 操作，从而留下一个什么都不做的函数。

请注意，使用联合时的行为是不同的，因为已给出：

union u { struct s1 v1; struct s2 v2; };

void test2(union u *uv)
{
  u->v1.x^=1;
  u->v2.x++;
  u->v1.x^=1;
  u->v2.x--;
}

common-initial-subsequence 规则表明，由于 u->v1 和 u->v2 从相同类型的字段开始，访问 u->v1 中的此类字段是相当于访问 u->v2 中的相应字段。因此，一个编译器不允许重新排序。另一方面，给定

void test1(struct s1 *p1, struct s2 *p2);
void test3(union u *uv)
{
  test1(&(u.v1), &(u.v2));
}

u.v1 和 u.v2 以匹配字段开头的事实并不能防止编译器假设指针不会别名。

请注意，有些编译器提供了一个选项来强制生成代码成员访问的行为总是等同于上述指针操作。对于 gcc，选项是 -fno-strict-alias。如果代码需要访问不同结构类型的常见初始成员，省略 switch 可能会导致一个人的代码以怪异、怪异和不可预测的方式失败方式。

【讨论】：