如何使用“偏移量”以符合标准的方式访问字段？

Question

假设我有一个结构并将偏移提取到成员：

struct A {
    int x;
};

size_t xoff = offsetof(A, x);

给定一个指向struct a的指针，我如何以符合标准的方式提取成员？当然，假设我们有一个正确的结构a*和正确的偏移量。一种尝试是这样做：

int getint(struct A* base, size_t off) {
    return *(int*)((char*)base + off); 
}

这可能会起作用，但是注意，例如，指针算法似乎只有在指针是同一数组的指针(或超过末尾的指针)时才在标准中定义，这不是必须的。所以从技术上来说，这种构造似乎依赖于未定义的行为。

另一种方法是

int getint(struct A* base, size_t off) {
    return *(int*)((uintptr_t)base + off);
}

这可能也会起作用，但请注意，intptr_t不需要存在，而且据我所知， intptr _t 上的算术不需要产生正确的结果（例如，我记得有些CPU具有处理非字节对齐地址的能力，这意味着数组中的每个字符的 8步递增）。

看起来标准中有一些东西被遗忘了（或者我错过了什么）。

Answer 1

标准（6.5.6）只允许数组的指针算术的原因是结构可能有填充字节来满足对齐要求。所以在结构中进行指针算术确实是形式上未定义的行为。

在实践中，只要你知道你在做什么，它就会起作用。base off不能失败，因为我们知道那里有有效的数据，并且只要它被正确访问，它就不会错位。

因此< code>(intptr_t)base off确实是更好的代码，因为不再有任何指针算法，而只有普通整数算法。因为< code>intptr_t是一个整数，所以它不是一个指针。

正如在评论中指出的，这种类型不能保证存在，它是可选的7.20.1.4/1.我想为了最大的可移植性，您可以切换到保证存在的其他类型，例如intmax_t或ptrdiff_t。然而，如果不支持intptr_t的C99/C11编译器是否有用，这是有争议的。

(这里有一个小的类型问题，即< code>intptr_t是一个有符号类型，不一定与< code>size_t兼容。您可能会遇到隐式类型提升问题。如果可能的话，使用< code>uintptr_t会更安全。)

接下来的问题是*（int*）（（intptr_t）base-off）是否是定义良好的行为。关于指针转换的标准部分（6.3.2.3）规定：

任何指针类型都可以转换为整数类型。除非如前所述，否则结果是实现定义的。如果结果不能用整数类型表示，则行为未定义。结果不必在任何整数类型的值范围内。

对于这个特定的例子，我们知道这里有一个正确对齐的int，所以它是好的。

（我也不认为存在任何指针别名问题。至少用gcc-O3-fstrict-aliasing-Wstrict-aliasing=2编译不会破坏代码。）

Answer 2

根据C标准，7.19通用定义

宏是

NULL

扩展为实现定义的空指针常量；和

offsetof(*type*, *member-designator*)

它扩展到一个整数常量表达式，该表达式的类型size_t，其值是以字节为单位的偏移量，从结构的开头（由类型指定）扩展到结构成员（由成员指示符指定）。

因此，偏移量（） 返回以字节为单位的偏移量。

和6.2.6.1，第4段指出：

存储在任何其他对象类型的非位字段对象中的值由 n × CHAR_BIT 位组成，其中 n 是该类型对象的大小（以字节为单位）。

因为CHAR_BIT被定义为< code>char中的位数，所以< code>char是一个字节。

因此，根据标准，这是正确的：

int getint(struct A* base, size_t off) {
    return *(int*)((char*)base + off); 
}

这会将基数转换为 char * 并将字节添加到地址。如果 off 是偏移量 （A， x）; 的结果，则生成的地址是基指向的结构 A 中 x 的地址。

你的第二个例子:

int getint(struct A* base, size_t off) {
    return *(int*)((intptr_t)base + off);
}

依赖于将有符号的intptr_t值与无符号的size_t值相加的结果。