计算结构体成员偏移量

问题

写一个宏计算出结构体成员的偏移量。
假设有如下一个结构体，要计算成员c的在结构体中的偏移量。

typedef struct Type_t{
    char a;  // 0
    int b;   // 4~7
    double c; // 8~16
};

注意，上述的结构体必须考虑字节对齐的问题。
关于字节对齐的问题，可以参照５分钟搞定内存字节对齐，里面总结得非常到位。

方法一

我们可以声明一个Type_t结构的变量type，然后将成员c的地址减去成员a的地址就是c的偏移量了。

Type_t type;
offset = (unsigned long)(&(type.c)) - (unsigned long)(&(type.a)); // 其中，(&(type.a)) 与 (&(type))是等价的

将上面整理为宏就是：

#define OFFSET(TYPE, MEMBER, OFF) \
    TYPE temp;              \
    OFF = (unsigned long)(&(temp.MEMBER)) - (unsigned long)(&(temp));

这个宏创建了一个类型为TYPE的临时变量temp，然后求出MEMBER成员的偏移量放在OFF里。

完整代码如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define OFFSET(TYPE, MEMBER, OFF) \
    TYPE temp;              \
    OFF = (unsigned long)(&(temp.MEMBER)) - (unsigned long)(&(temp));

typedef struct Type_t{
    char a;
    int b;
    double c;
};


int main(void)
{
    int offset = 0;
    Type_t type;

    offset = (unsigned long)(&(type.c)) - (unsigned long)(&(type));
    OFFSET(Type_t, c, offset);
    printf("offset = %d\n", offset);
    getchar();
}

方法二

如果能够让(unsigned long)(&(type))的值为0，即&(type) == 0的时候，那么offset的值就是简单的：

offset = (unsigned long)(&(type.c));

如果说&(type) == 0，那么type.c就可以等价于((Type_t *)0)->c。但是这个语句是不能单独存在的，因为对NULL指针访问成员c是非法的。可以通过在该语句之前加上&符号，即获取成员c的地址就没问题了。因此，对应的宏如下：

#define OFFSET(TYPE, MEMBER) ((unsigned long)(&(((TYPE *)0)->MEMBER)))

总结

ANSI C标准允许任何值为0的常量被强制转换成任何一种类型的指针，并且转换结果是一个NULL指针，因此((Type_t*)0)的结果就是一个类型为Type_t*的NULL指针。如果利用这个NULL指针来访问Type_t的成员当然是非法的，但&(((Type_t*)0)->c)的意图并非想存取c字段内容，而仅仅是计算当结构体实例的首址为((Type_t*)0)时c字段的地址。聪明的编译器根本就不生成访问m的代码，而仅仅是根据Type_t的内存布局和结构体实例首址在编译期计算这个(常量)地址，这样就完全避免了通过NULL指针访问内存的问题。

上述内容参照结构体成员偏移量的计算进行修改