C 结构点运算符到底是做啥的（低级视角）？

Posted 2023-02-22

【中文标题】C 结构点运算符到底是做啥的（低级视角）？

【英文标题】：What exactly does the C Structure Dot Operator Do (Lower Level Perspective)?C 结构点运算符到底是做什么的（低级视角）？

【发布时间】：2016-02-23 21:56:34

【问题描述】：

我有一个关于 C 中的结构的问题。因此，当您创建一个结构时，您实际上是在定义一块内存的框架。因此，当您创建结构的实例时，您正在创建一个内存块，以便它能够容纳一定数量的元素。

但是，我对点运算符的作用有些困惑。如果我有一个struct Car 并且有一个名为GasMileage 的成员（这是一个int 成员），我可以通过执行类似的操作来获得GasMileage 的值，

int x = CarInstance.GasMileage;

但是，我对这个点运算符的实际情况感到困惑。点运算符是否只是作为基地址的偏移量？它又是如何推断出它是一个 int 的呢？

我想我很好奇幕后发生了什么。是否可以通过做其他事情来引用GasMileage？比如

int *GasMileagePointer = (&carInstance + offsetInBytes(GasMileage));
int x = *GasMileage

这只是我迅速编造出来的。我一直在努力寻找一个好的解释，但似乎没有什么比将点运算符视为魔术更能解释它了。

【问题讨论】：

How can I get/set a struct member by offset。至少解决您问题的第二部分。

也许一本关于编译器构造的书会是一本不错的读物。

@Olaf：您无需了解编译器构造即可了解. 运算符的语义。

编译器推断CarInstance.GasMileage 是int，因为GasMileage 成员被定义为int。

@KeithThompson：OP 要求提供实施细节。这是 CC 的一部分。此外，我预计这不会是他在这个领域可能遇到的唯一问题。所以打好基础是个好主意。

【参考方案1】：

当您使用 . 运算符时，编译器会将其转换为 struct 内的偏移量，具体取决于它前面的字段（和填充）的大小。

例如：

struct Car 
    char model[52];
    int doors;
    int GasMilage;
;

假设int为4字节且无填充，则model的偏移量为0，doors的偏移量为52，GasMilage的偏移量为56。

所以如果你知道成员的偏移量，你可以像这样得到一个指向它的指针：

int *GasMileagePointer = (int*)((char *)&carInstance + offsetInBytes(GasMile));

强制转换为char * 是必要的，这样指针算术一次只处理1 个字节，而不是一次处理1 个sizeof(carInstance)。然后需要将结果转换为正确的指针类型，在本例中为int *

【参考方案2】：

是的，点运算符只是从结构的基址应用一个偏移量，然后访问该地址处的值。

int x = CarInstance.GasMileage;

相当于：

int x = *(int *)((char*)&CarInstance + offsetof(Car, GasMileage));

对于具有其他类型T 的成员，唯一的区别是演员(int *) 变为(T *)。

【参考方案3】：

点运算符只是选择成员。

由于编译器有关于成员（实际上是所有成员）的 type（以及因此 size）的信息，它知道该成员从一开始的偏移量结构，并且可以生成适当的指令。它可能会生成一个 base+offset 访问，但它也可以直接访问该成员（甚至将其缓存在寄存器中）。编译器拥有所有这些选项，因为它在编译时拥有所有必要的信息。

如果没有，例如 不完整类型，您将收到编译时错误。

【参考方案4】：

当它起作用时，“。” “。”的行为运算符相当于获取结构的地址，通过成员的偏移量对其进行索引，并将其转换为成员类型的指针，然后取消引用。但是，该标准规定在某些情况下不能保证有效。例如，给定：

struct s1 int x,y; 
struct s2 int x,y; 
void test1(struct s1 *p1, struct s2 *p2)

  s1->x++;
  s2->x^=1;
  s1->x--;
  s2->x^=1;

编译器可能会认为 p1->x 和 p2->x 没有合法的方法 可以识别同一个对象，所以它可以重新排序代码以便 ++ 和 -- 对 s1->x 取消的操作，以及对 s2->x 取消的 ^=1 操作， 从而留下一个什么都不做的函数。

请注意，使用联合时的行为是不同的，因为已给出：

union u  struct s1 v1; struct s2 v2; ;

void test2(union u *uv)

  u->v1.x^=1;
  u->v2.x++;
  u->v1.x^=1;
  u->v2.x--;

common-initial-subsequence 规则表明，由于 u->v1 和 u->v2 从相同类型的字段开始，访问 u->v1 中的此类字段是 相当于访问 u->v2 中的相应字段。因此，一个 编译器不允许重新排序。另一方面，给定

void test1(struct s1 *p1, struct s2 *p2);
void test3(union u *uv)

  test1(&(u.v1), &(u.v2));

u.v1 和 u.v2 以匹配字段开头的事实并不能防止 编译器假设指针不会别名。

请注意，有些编译器提供了一个选项来强制生成代码 成员访问的行为总是等同于上述指针 操作。对于 gcc，选项是 -fno-strict-alias。如果代码需要 访问不同结构类型的常见初始成员，省略 switch 可能会导致一个人的代码以怪异、怪异和不可预测的方式失败 方式。