怎样求结构体成员的偏移地址 || 结构体的 sizeof 总结

Posted 2020-09-28

C 语言中同意将值为 0 的变量强制转换成任一类型的指针，转换结果是一个NULL指针。

(type*)0 // 一个 type 类型的NULL指针

用这个指针訪问结构体内的成员是非法的，可是

&(((type*)0)->field)

是为了计算 field 的地址 ，编译器不会产生訪问 field 的代码。仅仅会依据 type 的布局和起始地址在编译期计算这个地址（常量）。而又由于初始地址为 0，故该地址的值就是该结构体成员相对于结构体基址的偏移。

(size_t)&(((type*)0)->field)

结构体的 sizeof 的相关知识：
对 32 位操作系统。默认按 4 字节对齐；
sizeof(union)，结果是 union 占用内存最大成员的大小（各成员共享内存）

编译器是依照什么样的原则进行对齐的?

• 1.数据类型自身的对齐值：

  对于char型数据，其自身对齐值为1，对于short型为2，对于int, float类型，其自身对齐值为4，对于double类型其自身对齐值为8，单位字节。

• 2.结构体或者类的自身对齐值：其成员中自身对齐值最大的那个值。

• 3.指定对齐值：#pragma pack (value)时的指定对齐值value。

• 4.数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中小的那个值。

• 5.对齐后的长度必须是成员中最大的对齐參数的整数倍

#include <iostream>
using namespace std;
#define ISUNSIGNED(x) ((x > 0) && (~x > 0))
#define OffSet(type, field) ((size_t)&(((type*)0)->field))
int main()
{
    struct A{
        char a;
        int b;
        float c;
        double d;
        char e;
        union B{
            char f[100];
            struct C{
                int g[50];
            } h;
        }i;
        bool j;
    } s;
    cout << sizeof(A) << endl; // 232
    cout << "a 的起始偏移："<< OffSet(A, a) << endl; // 0
    cout << "b 的起始偏移："<< OffSet(A, b) << endl; // 4
    cout << "c 的起始偏移："<< OffSet(A, c) << endl; // 8
    cout << "d 的起始偏移："<< OffSet(A, d) << endl; // 16
    cout << "e 的起始偏移："<< OffSet(A, e) << endl; // 24
    cout << "i 的起始偏移："<< OffSet(A, i) << endl; // 28
    cout << "j 的起始偏移："<< OffSet(A, j) << endl; // 228


    int p = 1;
    unsigned int q = 1;
    cout << p << " " << ~p << endl; // 1 -2
    cout << q << " " << ~q << endl; // 1 4294967294
    cout << "p是否是无符号数:" << ISUNSIGNED(p) << endl; // 0
    cout << "q是否是无符号数:" << ISUNSIGNED(q) << endl; // 1
    return 0;
}

以上结构体分析：

struct A{
        char a;
        int b;
        float c;
        double d;
        char e;
        union B{
            char f[100];
            struct C{
                int g[50];
            } h;
        }i;
        bool j;
    } s;

• 结构体 A 的自身对齐值为最大的成员的自身对齐值，为 8 （double d）, 注意内部结构体 C 的最大对齐值是 4 （int）。Union B 最大对齐值是 4 （int）;
• 成员char a 的本身对齐值是 1，结构体对齐值是 8。按 1 字节对齐；
• 成员 int b 的 本身对齐值是 4。结构体对齐值是 8，按 4 字节对齐，它的起始偏移地址为 4。
• 成员 float c 的 本身对齐值是 4，结构体对齐值是 8，按 4 字节对齐。它的起始偏移地址为 8。
• 成员 double d 的 本身对齐值是 8，结构体对齐值是 8。按 8 字节对齐，它的起始偏移地址为 16；
• 成员 char e 的 本身对齐值是 1，结构体对齐值是 8，按 1 字节对齐。它的起始偏移地址为 24；(16+8)
• 成员 Union B i 的 本身对齐值是 4，结构体对齐值是 8，按 4 字节对齐。它的起始偏移地址为 28；
• 成员 bool j 的 本身对齐值是 1，结构体对齐值是 8。按 1 字节对齐。它的起始偏移地址为 228 ；(28+200)
• 结构体对齐值是 8, 因此结构体 A 的大小为 232 （228+1 补齐成 8 的倍数）

一个成员在内存中补位所占的内存，决定于该成员之后的成员类型。

參考：《程序猿笔试面试宝典》