c語言中關(guān)于結(jié)構(gòu)體的位置偏移原則簡(jiǎn)單，但經(jīng)常忘記，做點(diǎn)筆記以是個(gè)記憶的好辦法

原則有三個(gè)：

a.結(jié)構(gòu)體中的所有成員其首地址偏移量必須為器數(shù)據(jù)類型長(zhǎng)度的整數(shù)被，其中第一個(gè)成員的首地址偏移量為0，

例如，若第二個(gè)成員類型為int，則其首地址偏移量必須為4的倍數(shù)，否則就要“首部填充”；以此類推

b.結(jié)構(gòu)體所占的總字節(jié)數(shù)即sizeof（）函數(shù)返回的值必須是最大成員的長(zhǎng)度的整數(shù)倍，否則要進(jìn)行“末尾填充”；

c.若結(jié)構(gòu)體A將結(jié)構(gòu)體B作為其成員，則結(jié)構(gòu)體B存儲(chǔ)的首地址的偏移量必須為B中所含成員數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最大值的整數(shù)倍，

如若B中成員為int，double，char，則B的偏移量要為8的整數(shù)倍；否則進(jìn)行“中間填充”。

相信大家在c語言程序開發(fā)的過程一定都使用過結(jié)構(gòu)體，那么不知你對(duì)結(jié)構(gòu)體中成員變量偏移這塊是如何理解的？本文將和大家一起分享下，本人最近關(guān)于c語言中結(jié)構(gòu)體偏移的一些思考和總結(jié)。

示例1

我們先來定義一下需求：

已知結(jié)構(gòu)體類型定義如下：

struct node_t{
 char a;
 int b;
 int c;
};

且結(jié)構(gòu)體1Byte對(duì)齊

#pragma pack(1)

求：

結(jié)構(gòu)體struct node_t中成員變量c的偏移。

注：這里的偏移量指的是相對(duì)于結(jié)構(gòu)體起始位置的偏移量。

看到這個(gè)問題的時(shí)候，我相信不同的人腦中浮現(xiàn)的解決方法可能會(huì)有所差異，下面我們分析以下幾種可能的解法：

方法1

如果你對(duì)c語言的庫(kù)函數(shù)比較熟悉的話，那么你第一個(gè)想到的肯定是offsetof函數(shù)(其實(shí)只是個(gè)宏而已，先姑且這樣叫著吧)，我們man 3 offsetof查看函數(shù)原型如下：

 #include <stddef.h>

  size_t offsetof(type, member);

有了上述的庫(kù)函數(shù)，我們用一行代碼就可以搞定：

offsetof(struct node_t, c);

當(dāng)然這并非本文探討的重點(diǎn)，請(qǐng)繼續(xù)閱讀。

方法2

當(dāng)我們對(duì)c語言的庫(kù)函數(shù)不熟悉的時(shí)候，此時(shí)也不要著急，我們依然可以使用我們自己的方法來解決問題。

最直接的思路是：【結(jié)構(gòu)體成員變量c的地址】 減去 【結(jié)構(gòu)體起始地址】

我們先來定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量node：

struct node_t node;

接著來計(jì)算成員變量c的偏移量：

(unsigned long)(&(node.c)) - (unsigned long)(&node)

&node為結(jié)構(gòu)體的起始地址，也強(qiáng)制轉(zhuǎn)化為unsigned long；

最后我們將上述兩值相減，得到成員變量c的偏移量；

方法3

按照方法2的思路我們?cè)诓唤柚鷰?kù)函數(shù)的情況下，依然可以得到成員變量c的偏移量。但作為程序員，我們應(yīng)該善于思考，是不是可以針對(duì)上面的代碼做一些改進(jìn)，使我們的代碼變得更簡(jiǎn)潔一些？在做具體的改進(jìn)之前，我們應(yīng)該分析方法2存在哪些方面的問題。

相信不用我多說，細(xì)心的你一定已經(jīng)察覺到，方法2中最主要的一個(gè)問題是我們自定義了一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量node，雖然題目中并未限制我們可以自定義變量，但當(dāng)我們遇到比較嚴(yán)且題目中不允許自定義變量的時(shí)候，此時(shí)我們就要思考新的解決方法。

在探討新的解決方法之前，我們先來探討一個(gè)有關(guān)偏移的小問題：

小問題

這是一道簡(jiǎn)單的幾何問題，假設(shè)在座標(biāo)軸上由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，如何計(jì)算B相對(duì)于A的偏移？這個(gè)問題對(duì)于我們來說是非常的簡(jiǎn)單，可能大部分人都會(huì)脫口而出并得到答案為B-A。

那么這個(gè)答案是否完全準(zhǔn)確呢？比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪阌X得顯然不是，原因在于，當(dāng)A為坐標(biāo)原點(diǎn)即A=0的時(shí)候，上述答案B-A就直接簡(jiǎn)化為B了。

這個(gè)小小的簡(jiǎn)單的問題，對(duì)于我們來說有什么啟示呢？

我們結(jié)合方法2的思路和上述的小問題，是不是很快就得到了下面的關(guān)聯(lián):

(unsigned long)(&(node.c)) - (unsigned long)(&node)

和

B - A
我們小問題的思路是當(dāng)A為坐標(biāo)原點(diǎn)的時(shí)候，B-A就簡(jiǎn)化為B了，那么對(duì)應(yīng)到我們的方法2，當(dāng)node的內(nèi)存地址為0即(&node==0)的時(shí)候，上面的代碼可簡(jiǎn)化為：

(unsigned long)(&(node.c))

由于node內(nèi)存地址==0了，所以

node.c  //結(jié)構(gòu)體node中成員變量c

我們就可以使用另外一種方式來表達(dá)了，如下：

((struct node_t *)0)->c

上述代碼應(yīng)該比較好理解，由于我們知道結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存地址編號(hào)為0，所以我們就可以直接通過內(nèi)存地址的方式來訪問該結(jié)構(gòu)體的成員變量，相應(yīng)的代碼的含義就是 獲取內(nèi)存地址編號(hào)為0的結(jié)構(gòu)體struct node_t的成員變量c。

注：此處只是利用了編譯器的特性來計(jì)算結(jié)構(gòu)體偏移，并未對(duì)內(nèi)存地址0有任何操作，有些同學(xué)對(duì)此可能還有些疑問，詳細(xì)的了解該問題可參考關(guān)于c語言結(jié)構(gòu)體成員變量訪問方式的一點(diǎn)思考。

此時(shí)，我們的偏移求法就消除了struct node_t node這個(gè)自定義變量，直接一行代碼解決,：

(unsigned long)(&(((struct node_t *)0)->c))

上述的代碼相對(duì)于方法2是不是更簡(jiǎn)潔了一些。

這里我們將上面的代碼功能定義為一個(gè)宏，該宏的作用是用來計(jì)算某結(jié)構(gòu)體內(nèi)成員變量的偏移(后面的示例會(huì)使用該宏)：

#define OFFSET_OF(type, member) (unsigned long)(&(((type *)0)->member))

使用上面的宏，就可以直接得到成員變量c在結(jié)構(gòu)體struct node_t中的偏移為：

OFFSET_OF(struct node_t, c)

示例2

和示例1一樣，我們先定義需求如下：

已知結(jié)構(gòu)體類型定義如下：

struct node_t{
 char a;
 int b;
 int c;
};

int *p_c，該指針指向struct node_t x的成員變量c

結(jié)構(gòu)體1Byte對(duì)齊

#pragma pack(1)
求：

結(jié)構(gòu)體x的成員變量b的值？

拿到這個(gè)問題的時(shí)候，我們先做一下簡(jiǎn)單的分析，題目的意思是根據(jù)一個(gè)指向某結(jié)構(gòu)體成員變量的指針，如何求該結(jié)構(gòu)體的另外一個(gè)成員變量的值。

那么可能的幾種解法有：

方法1

由于我們知道結(jié)構(gòu)體是1Byte對(duì)齊的，所以這道題最簡(jiǎn)單的解法是：

*(int *)((unsigned long)p_c - sizeof(int))
上述代碼很簡(jiǎn)單，成員變量c的地址減去sizeof(int)從而得到成員變量b的地址，然后再?gòu)?qiáng)制轉(zhuǎn)換為int *，最后再取值最終得到成員變量b的值；

方法2

方法1的代碼雖然簡(jiǎn)單，但擴(kuò)展性不夠好。我們希望通過p_c直接得到指向該結(jié)構(gòu)體的指針p_node，然后通過p_node訪問該結(jié)構(gòu)體的任意成員變量了。

由此我們得到計(jì)算結(jié)構(gòu)體起始地址p_node的思路為：

【成員變量c的地址p_c】減去【c在結(jié)構(gòu)體中的偏移】

由示例1，我們得到結(jié)構(gòu)體struct node_t中成員變量c的偏移為：

(unsigned long)&(((struct node_t *)0)->c)

所以我們得到結(jié)構(gòu)體的起始地址指針p_node為：

(struct node_t *)((unsigned long)p_c - (unsigned long)(&((struct node_t *)0)->c))

我們也可以直接使用示例1中定義的OFFSET_OF宏，則上面的代碼變?yōu)椋?/p>

(struct node_t *)((unsigned long)p_c - OFFSET_OF(struct node_t, c))

最后我們就可以使用下面的代碼來獲取成員變量a,b的值：

p_node->a

p_node->b

我們同樣將上述代碼的功能定義為如下宏：

我們使用上面的宏來修改之前的代碼如下：

STRUCT_ENTRY(p_c, struct node_t, c)

p_c為指向結(jié)構(gòu)體struct node_t成員變量c的指針；

struct node_t結(jié)構(gòu)體類型；

c為p_c指向的成員變量；

注：

上述示例中關(guān)于地址運(yùn)算的一些說明：

int a = 10;
int * p_a = &a;

設(shè)

p_a == 0x95734104；

以下為編譯器計(jì)算的相關(guān)結(jié)果：

p_a + 10 == p_a + sizeof(int)*10 =0x95734104 + 4*10 = 0x95734144

(unsigned long)p_a + 10 == 0x95734104+10 = 0x95734114

(char *)p_a + 10 == 0x95734104 + sizeof(char)*10 = 0x95734114

從上述三種情況，相信你應(yīng)該能體會(huì)到我所要表達(dá)的意思了。(注：后續(xù)某博文將從編譯器的角度對(duì)該問題進(jìn)行詳細(xì)的闡述)

結(jié)論

本文通過幾個(gè)示例描述了c語言結(jié)構(gòu)體有關(guān)偏移的一些有意思的事情，希望能夠?qū)δ阌兴鶐椭?。為什么?huì)有上述思考，相信有些同學(xué)已經(jīng)看出一些端倪，這也正是后續(xù)博文將要描述的主題。

如文中有錯(cuò)誤之處，歡迎指出。

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