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🍉🍉🍉文章目录🍉🍉🍉
🌻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;
}
- 动态分配的结构体数组中使用偏移量来访问并设置成员 x 的值。
