使用offsetof访问结构成员

Question

我有以下代码：

#include <stddef.h>

int main() {
  struct X {
    int a;
    int b;
  } x = {0, 0};

  void *ptr = (char*)&x + offsetof(struct X, b);

  *(int*)ptr = 42;

  return 0;
}

最后一行执行对< code>x.b的间接访问。

这段代码是根据任何C标准定义的吗？

我知道：

• *（字符*）ptr = 42; 已定义，但仅定义了实现。
• ptr == （空*）

我想，通过int*访问ptr指向的数据不会违反严格的别名规则，但我不完全确定标准是否能保证这一点。




Answer 1

我认为这是完全合法的。事实上，我刚刚在我正在读的一本书中遇到了类似的技巧（这並不重要）。

以下是我认为这是合法的原因:

void *ptr = (char*)&x + offsetof(struct X, b);

首先，< code>x被解引用为指向struct的指针，但是如果我们使用它的原始类型进行指针运算，那么每次我们增加< code >

对象的存储值只能由具有以下类型之一的左值表达式访问：^88）

• 与对象的有效类型兼容的类型，
• 与对象的有效类型兼容的类型的限定版本，
• 与对象的有效类型对应的有符号或无符号类型的类型，
• 对应于对象有效类型的限定版本的有符号或无符号类型的类型，
• 在其成员中包含上述类型之一的聚合或联合类型（递归地包括子聚合或包含的联合的成员），或
• 字符类型。

这样做的结果现在是一个指向char*类型的x. b开头的指针，并且它是完全对齐的，因此这里没有调用未定义的行为。为什么？因为offsetof返回从开头开始的字节距离，并且我们一直在通过char*强制转换对指针进行逐字节算术，结果应该正好指向b的开头。

因为我们已经到达了所需对象的开头，所以不需要结果的类型为char*。现在，结果将被强制转换为一个通用指针void*ptr，稍后将被强制转化为int*>，然后取消对它的引用，以便我们访问

由于 b 是一个 int，我们最终有一个计算结果为 int 类型的 *（int*），因此我们遵循上面的“与对象的有效类型兼容的类型”子句（或其他子句之一，如果我错了，请纠正我）下的标准。

Answer 2

匿名用户

是的，这是非常好的定义，并且正是offsetof的使用方式。您在指向字符类型的指针上执行指针运算，以便以字节为单位完成，然后转换回成员的实际类型。

例如，你可以看到6.3.2.3 p7(所有参考都是C17草案N2176):

当指向对象的指针转换为指向字符类型的指针时，结果将指向对象的最低寻址字节。结果的连续增量（直至对象的大小）将生成指向对象剩余字节的指针。

所以 （字符 *）

从结构开始到结构成员的偏移量(以字节为单位)[7.19p3]

所以 4 实际上是从 x 的开头到 x.b 的偏移量。因此，x 的字节 4 是 x.b 的最低字节，这就是 ptr 所指的;换句话说，ptr 是指向 x.b 的指针，但类型为 char *。当我们将其转换回 int * 时，我们有一个指向 x.b 的指针，其类型为 int *，与我们从表达式中得到的完全相同

关于这最后一步的评论中出现了一个问题:当< code>ptr被强制转换回< code>int *时，我们如何知道我们确实有一个指向< code>int x.b的指针？这在标准中不太明确，但我认为这是显而易见的意图。

但是，我认为我们也可以间接地推导出来。希望我们同意上面的 ptr 是指向 x.b 的最低寻址字节的指针。现在，通过上面引用的6.3.2.3 p7的同一段话，将指针指向x.b并将其转换为char *，如（char *）

然后我们看一下6.3.2.3第7页的前几句话：

指向对象类型的指针可能会转换为指向其他对象类型的指示器。如果生成的指针没有针对引用的类型正确对齐，则行为是未定义的。否则，当再次转换回来时，结果应与原始指针相等。

这里没有对齐问题，因为< code>char的对齐要求最弱(6.2.8 p6)。所以转换< code>(char *)

但是< code>ptr和< code>(char *)是同一个指针

显然<代码> *

严格别名（6.5p7）没有问题。首先，确定x的有效类型。b使用6.5p6：

用于访问其存储值的对象的有效类型是对象的声明类型（如果有）。[然后解释如果它没有声明的类型该怎么办。

嗯，x。b有一个声明的类型，即int。因此它的有效类型是int。

现在来看看严格别名下的访问是否合法，参见6.5p7:

对象应仅由具有以下类型之一的左值表达式访问其存储值：

-与对象的有效类型兼容的类型，

[此处没有更多相关选项]

我们通过左值表达式 *（整数 *）ptr 访问 x.b，其类型为 int。并且 int 与 6.2.7p1 的 int 兼容：

如果两种类型的类型相同，则它们具有兼容的类型。[然后是它们可能兼容的其他条件]。

这种可能更熟悉的相同技术的一个例子是按字节html" target="_blank">索引到数组中。如果我们有

int arr[100];
*(int *)((char *)arr + (17 * sizeof(int))) = 42;

那么这相当于arr[17]=42；。

这就是像qsor和bsearch这样的通用例程的实现方式。如果我们尝试qsor一个int数组，那么在qsor中，所有指针算术都是以字节为单位完成的，在指向字符类型的指针上，偏移量由作为参数传递的对象大小手动缩放（这里是sizeof（int））。当qsor需要比较两个对象时，它将它们转换为const void*并将它们作为参数传递给比较器函数，比较器函数将它们转换回const int*进行比较。

这一切都很好，显然是该语言的预期功能。因此，我认为我们不必怀疑，在当前问题中使用偏移量同样是一个预期的功能。