将结构指针增加一半的结构大小

Question

我刚刚处理了一个有趣的问题，但我没有找到解决它的好方法。

我有两个表示复杂图形的基本数据结构，声明如下：

typedef struct _node_t node_t;
typedef struct _graph_t graph_t;

struct {
    /* Data fields omitted */
    node_t * pNextByLevel;
    node_t * pNextByProximity;
    node_t * pNextByRank;
} node_t;

struct {
    /* Data fields omitted */
    size_t nNodes;
    size_t nMaxNodes;
    node_t * pFirstByLevel;
    node_t * pFirstByProximity;
    node_t * pFirstByRank;
} graph_t;

实际的节点紧跟在标题之后，因此通常使用“graph_t”创建

graph_t * pNewBuffer = calloc(1, sizeof(graph_t) + nMaxNodes * sizeof(node_t));
pNewBuffer->nMaxNodes = nMaxNodes;

并且使用

访问“原始”节点数组

node_t * pNewBufferNodes = (node_t *) &pNewBuffer[1];

现在，有一个支持函数在减少节点数量的缓冲区上运行。它看起来像这样：

status_t reduce(graph_t** ppBuffer)
{
    graph_t * pReplacement, * pOld = *ppBuffer;
    size_t nRequired; 
    node_t * oldBuffer = (node_t *) &pOld[1];

    /* complex calculation ultimately computes 'nRequired' */

    pReplacement = realloc(pOld, sizeof(graph_t) + nRequired * sizeof(node_t));

    if ( pReplacement != pOld )
    {
        int i;
        node_t * newBuffer = (node_t *) &pReplacement[1];
        ptrdiff_t offset = newBuffer - oldBuffer;

        for ( i = 0; i < requiredNodes; i++ )
        {
            newBuffer[i].pFirstByLevel += offset;
            newBuffer[i].pFirstBySimilarity += offset;
            newBuffer[i].pFirstByRank += offset;
        }
        *ppBuffer = pReplacement;
    }
}

现在，这已经很好地工作了很长时间。以上任何错误都源于我是凭记忆写的，我只是想解释一下这个想法。

现在让我感到困惑的是，当使用新模块的缩减功能时，输入没有“正确”对齐。当我检查地址时，我注意到以下属性：

 ((char *) newBuffer - (char *) oldBuffer) % sizeof(graph_t) == 0
 ((size_t) newBuffer) % sizeof(node_t) == 0
 ((size_t) oldBuffer) % sizeof(node_t) == 0
 ((char *) newBuffer - (char *) oldBuffer) % sizeof(node_t) == sizeof(node_t) / 2

这当然会导致一些问题，因为“偏移”值变得不正确，但由于数据结构的所有其他使用都有效（不存在“真正的”对齐问题），所以它并不那么明显。

这归结为我的问题 - 当偏移量不能表示为元素的整数时，您是否看到了一种增加指针的简洁方法？

找到不过度施法的方法的奖励积分:)

Answer 1

在 ptrdiff_t 上：“这是两个指针之间的减法运算返回的类型。这是一个有符号整数类型，因此可以转换为兼容的基本数据类型。两个指针的减法只允许具有指向同一数组元素的指针（或数组中刚刚超过最后一个元素的元素）的有效定义值。对于其他值，行为取决于系统特性和编译器实现。"

当你使用 realloc 时，你不是在这种情况下。所以你的偏移量不会是一个整数。这解释了你的问题。

没有奖励积分的解决方案是将您的指针转换为 char* 以计算偏移量。您最终会得到一个字节偏移量。然后，您可以使用强制转换添加字节偏移量。为了最大限度地减少强制转换，您可以编写一个帮助函数，为您的节点指针设置正确的值。

如果您想使用 realloc，我没有看到其他解决方案，因为您的初始数组已被 realloc 释放。字节偏移似乎是唯一的方法。

您可以调用减少的数组，复制节点，然后释放旧数组。但是当重新分配到位时，您将失去重新分配的优势。

其他解决方案会迫使您更改数据结构。您可以使用 malloc 独立分配节点，并且减少更简单。您只需释放不再需要的节点。这似乎是最干净的方式，但你必须重构......

我希望它有所帮助。如果我误解了，请告诉我...

Answer 2

如果您不想投射：

newBuffer[i].pFirstByLevel = newBuffer[i].pFirstByLevel - oldBuffer + newBuffer;            
newBuffer[i].pFirstBySimilarity = newBuffer[i].pFirstBySimilarity - oldBuffer + newBuffer;            
newBuffer[i].pFirstByRank = newBuffer[i].pFirstByRank - oldBuffer + newBuffer;

Answer 3

你的语法有问题。结构标记名称位于结构定义之前；之后的任何内容都是声明。

要么

typedef struct _node_t {
    /* Data fields omitted */
    node_t * pNextByLevel;
    node_t * pNextByProximity;
    node_t * pNextByRank;
} node_t;

或

typedef struct _graph_t graph_t;
struct _graph_t {
    /* Data fields omitted */
    size_t nNodes;
    size_t nMaxNodes;
    node_t * pFirstByLevel;
    node_t * pFirstByProximity;
    node_t * pFirstByRank;
};

这就是你想要写的。

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这是一种比较常见的解决方法，但需要对现有代码进行一些重组。

/* same node_t as before */
typedef struct _node_t {...} node_t;
/* same graph_t as before */
typedef struct _graph_header_t {...} graph_header_t;
/* new type */
typedef struct _graph_t {
    graph_header_t header;
    node_t nodes[1];
} graph_t;

graph_t pNewBuffer = calloc(1, sizeof(graph_t) + (nMaxNodes-1) * sizeof(node_t));

它允许对0 <= i < nMaxNodes 访问pNewBuffer->nodes[i]，无需在任何地方进行强制转换。

现在，如果您可以声明 node_t nodes[0]，这会更好，在计算分配大小时避免非一，但即使一些编译器对此感到满意，我不相信它被标准所接受.

C99 引入“灵活的数组成员”

typedef struct _graph_t {
    graph_header_t header;
    node_t nodes[];
} graph_t;

这几乎是同一件事，但由实际标准定义。一些例外：灵活的数组成员只能放在结构的末尾，sizeof(pNewBuffer->nodes) 无效（尽管 GCC 返回 0）。否则，sizeof(graph_t) 等于 node_t[] 数组的大小为零。