C语言之offsetof实现分析(九十一)

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🍉🍉🍉文章目录🍉🍉🍉

- 🌻1.前言
- 🌻2.C语言之offsetof介绍
- 🌻3.代码实例
- - 🐓3.1 offsetof宏结构解析
  - 🐓3.2 计算结构体成员的偏移量
  - 🐓3.3 通过偏移量访问结构体成员
  - 🐓3.4 在动态分配的结构体数组中使用偏移量

🌻1.前言

本篇目的：C语言之offsetof实现分析

🌻2.C语言之offsetof介绍

C语言中的offsetof宏是一个非常有用的工具，它用于计算结构体中某个成员相对于结构体开头的偏移量。这个宏定义在头文件<stddef.h>中，它是C标准库的一部分。
offsetof宏的使用方法非常简单，它的原型如下：

offsetof(type, member);

其中，type是一个结构体类型，member是type结构体中的一个成员。offsetof宏的返回值是member成员相对于type结构体开头的字节偏移量。
offsetof宏的实现通常依赖于编译器的特性，但一般情况下，它可以像下面这样实现：

#define offsetof(type, member) ((size_t)&(((type *)0)->member))

这里，(type *)0将一个指向类型为type的结构的指针设置为地址0。这样做是合法的，因为offsetof宏不会解引用这个指针。然后，我们取member的地址，由于结构体的地址是0，所以member的地址就是member相对于结构体开头的偏移量。最后，我们将这个地址转换为size_t类型的值，这个值就是offsetof宏的返回值。
offsetof宏的一个常见用途是在实现泛型容器类时，比如C++的标准模板库（STL）中的vector、list、map等容器。在这些容器中，我们通常需要获取元素类型中的某个成员的偏移量，以便在内存中正确地定位和访问这些成员。
例如，假设我们有一个结构体MyStruct，它有两个成员a和b：

struct MyStruct {
    int a;
    char b;
};

我们可以使用offsetof宏来获取成员a和b相对于结构体开头的偏移量：

size_t offset_a = offsetof(MyStruct, a);
size_t offset_b = offsetof(MyStruct, b);

在这个例子中，offset_a的值将是0，因为a是结构体的第一个成员，所以它位于结构体的开头。offset_b的值将是4（假设一个int类型占4个字节），因为b位于a之后。
需要注意的是，offsetof宏只能用于结构体和联合体的成员，不能用于数组的元素或者普通的变量。此外，offsetof宏的返回值是size_t类型的，这是一个无符号整数类型，它能够表示任何非负的整数。
总的来说，offsetof宏是一个非常实用的工具，它可以帮助我们方便地获取结构体成员的偏移量，从而在内存中正确地访问和操作这些成员。

🌻3.代码实例

🐓3.1 offsetof宏结构解析

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE*)0)->MEMBER)

TYPE 是结构体的类型；
MEMBER 是结构体中的成员名称。
这个宏的作用是计算结构体中某个成员的偏移量，也就是该成员相对于结构体起始地址的偏移量。

宏展开的过程如下：

(TYPE*)0：将 0 转换为 TYPE* 类型的指针，这里的目的是获取一个指向类型 TYPE 的空指针。
&((TYPE*)0)->MEMBER：获取成员 MEMBER 在结构体 TYPE 中的地址。这里 (TYPE*)0 指向结构体的起始地址，然后使用 -> 运算符访问成员 MEMBER，并取得其地址。
((size_t) &((TYPE*)0)->MEMBER)：将成员地址的指针类型转换为 size_t 类型，这是因为偏移量通常是用无符号整数表示的。
最终结果是结构体成员 MEMBER 相对于结构体起始地址的偏移量，以字节为单位。

🐓3.2 计算结构体成员的偏移量

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>

struct Example {
    int x;
    int y;
    char z;
};

int main() {
    printf("Offset of x: %zu\n", offsetof(struct Example, x));
    printf("Offset of y: %zu\n", offsetof(struct Example, y));
    printf("Offset of z: %zu\n", offsetof(struct Example, z));

    return 0;
}

使用 offsetof 宏来获取结构体 Example 中各个成员的偏移量。

🐓3.3 通过偏移量访问结构体成员

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>

struct Example {
    int x;
    int y;
    char z;
};

int main() {
    struct Example obj;
    int* ptr_y = (int*)((char*)&obj + offsetof(struct Example, y));
    *ptr_y = 10;

    printf("obj.y: %d\n", obj.y);

    return 0;
}

使用偏移量来访问结构体成员 y。
通过将结构体的地址与偏移量相加，我们可以得到成员 y 的地址，并将其视为整型指针，然后通过这个指针修改成员 y 的值。

🐓3.4 在动态分配的结构体数组中使用偏移量

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <stdlib.h>

struct Example {
    int x;
    int y;
    char z;
};

int main() {
    int num_objects = 5;
    struct Example* array = malloc(num_objects * sizeof(struct Example));

    for (int i = 0; i < num_objects; i++) {
        int* ptr_x = (int*)((char*)&array[i] + offsetof(struct Example, x));
        *ptr_x = i;
    }

    for (int i = 0; i < num_objects; i++) {
        printf("array[%d].x = %d\n", i, array[i].x);
    }

    free(array);
    return 0;
}