没有结构对象的 C 指针算术答案

【问题标题】：C pointer arithmetic without object of structure没有结构对象的 C 指针算术
【发布时间】：2014-01-30 11:35:05
【问题描述】：

我认为这在 C 中是不可能的，但要求验证这一点。是否可以在没有这种类型的实变量的结构成员之间进行算术运算？例如：

typedef struct _s1
{
  int a;
  int b;
  int c;
} T1;

我想查看“c”成员相对于结构开头的偏移量。如果我有变量，这很容易：

T1 str;

int dist = (int)&str.c - (int)&str;

但我的结构太大，它在 RAM 中没有成员（仅在 EEPROM 中）。我想进行一些地址计算但不定义 RAM 成员。我可以使用结构指针而不是结构变量来完成这项工作（它只需要 4 个字节），但这个案例对我来说很有趣。

【问题讨论】：

定义假指针看看？
这可能已经在这里得到了回答，并在其他地方讨论了无数次。我想答案应该是谷歌搜索。你谷歌了吗？
@EliasVanOotegem 考虑到 EEPROM 的提及，它很有可能在嵌入式系统上运行。据我们所知，它可能是 8 位或 16 位系统。
旁白：您的示例代码应该是(char*)&str.c - (char*)&str。我手头没有参考资料，但我认为您实际上并不能保证将指针转换为int 然后进行算术运算会给出正确的结果。（另外，如果你将指针转换为整数，你应该使用intptr_t 或uintptr_t）

标签： c++ c pointers math

【解决方案1】：

使用offsetof，您可以在成员之间进行计算，而无需获取该类型的变量。您只需要类型本身和成员的名称。

注意为什么简单的计算可能无法解决：数据对齐。您不知道编译器将向您的结构添加多少填充，如果您更改结构，这可能会导致非常细微的错误或看似正确的计算错误。

【讨论】：

【解决方案2】：

首先，您将单个地址投射到ints。我不认为这是个好主意。 int 保证至少有 2 个字节或更多字节，地址/指针通常为 4 或 8 个字节。将这些投射到int 只是不正确。如果我要将它们转换成任何东西，我可能会使用 unsigned long 用于 32 位系统，unsigned long long 用于 64 位系统。为了安全起见，我会使用后者。
也就是说，我根本不会转换地址，而只是使用 offsetof 宏。

将#include <stddef.h> 添加到您的文件中，并使用offsetof 宏，它将偏移值转换为size_t 类型，而不是int，请注意。它的工作原理是使用 0 作为结构的内存地址，然后返回给定成员的地址，给出实际的偏移量：

size_t offset = offsetoff(T1, c);
                    //struct, member

正如 Zack 在他的评论中指出的那样，答案的下一部分有点无关紧要，但是为了它包含的链接，并且为了完整起见，我将把它留在这里 - 因为 offsetof 是所有必需的实现：

如果您由于某种原因没有 stddef.h（应该这样做，因为 offsetof 已经成为标准的一部分：C89 及更高版本），请自己定义宏，如下所示：

#ifndef offsetof
#define offsetof(s, m) ((size_t)&(((s *) 0)->m))
#endif

这应该可以解决问题，但要小心：这种实现可能会导致未定义的行为。 How and why is explained here
我从the stddef.h source I found here 中获取了上面的offsetof 定义，因此您可以下载该文件并使用它，而不是在您自己的文件中定义宏，但请记住您使用的offsetof 不是100 % 可靠。

不管怎样，现在就够了，更多信息在 Google 上，但这里有几个链接：

【讨论】：

定义offsetof 有点危险。您展示的实现是未定义行为的边界情况（我可以为此挖掘参考），但对于实现者来说这样做是可以的，因为他们知道（或必须确保）编译器的行为方式。
@pmr：在我的答案中添加了一些链接，谢谢你指出来。我不知道offsetof 的怪癖（我的C“知识”的主要来源是K&R，它根本没有提到宏）。无论如何，为您指出与 OP 的数据对齐的答案 +1
现在没有任何理由无法提供 stddef.h，其中包含 offsetof - 自 C89 以来，所有实现（独立或其他）都需要它。

【解决方案3】：

你可以使用stddef.h中定义的offsetof。

我知道这超出了您的要求，但是 offsetof 有一个有趣的用法，例如在 linux 内核代码中使用的 container_of 宏。 container_of 可以返回父结构的地址，给定一个指向其成员之一的指针：

#define container_of(ptr, type, member) ({                      \
        const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);    \
        (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})

你可以使用例如：

// pointer_to_c points to a member of the struct, c in this case
// and you want to get the address of the container
T1 *container;
container = container_of(pointer_to_c, T1, c);

【讨论】：

我喜欢container_of 宏，但(char *) 演员表对我来说有点legacy，如果你不介意我的话。我认为现在，我们会使用 void 指针
@EliasVanOotegem 我认为 (char *) 是必要的，因为后来 __mptr 用于指针算术。它需要精确地减少 offsetof(...) 个字节。你永远不应该对 viud 指针使用算术 stackoverflow.com/questions/3523145/…
好点...我刚刚看到(char *)__mptr ，并没有停下来考虑void * - size_t 的含义:)

【解决方案4】：

stddef.h 有一个名为 offsetof 的宏，它给出了成员相对于结构开头的偏移量。

size_t t = offsetof( T1 , c ) ;

这样您就不必实际声明任何结构变量。

【讨论】：

【解决方案5】：

看看Data structure alignment

没错：

size_t dist = offsetof(struct _s1, c);

【讨论】：

【解决方案6】：

在标题stddef.h中有一个宏； offsetof。您可以像这样在结构上使用它：

int dist = (int)offsetof(T1, c);

【讨论】：