成员变量在结构体中的偏移——offsetof(type, member)

本文详细解释了 size_t offsetof 宏的功能及其在 C 语言中的用法,通过实例展示了如何计算结构体成员的偏移量,并深入探讨了其内部实现原理。

size_t offsetof(type, member):看上去像个函数其实这是一个宏;用于求取member成员在类型为type的结构体中的偏移量;(member是type中的一个成员,否则会出错)。

先看一个例子,稍后再看其中的实现。

       #include <stddef.h>
       #include <stdio.h>
       #include <stdlib.h>

       int
       main(void)
       {
           struct s {
               int i;
               char c;
               double d;
               char a[];
           };

           /* Output is compiler dependent */

           printf("offsets: i=%ld; c=%ld; d=%ld a=%ld\n",
                   (long) offsetof(struct s, i),
                   (long) offsetof(struct s, c),
                   (long) offsetof(struct s, d),
                   (long) offsetof(struct s, a));
           printf("sizeof(struct s)=%ld\n", (long) sizeof(struct s));

           exit(0);
       }

 

编译运行输出结构:

           offsets: i=0; c=4; d=8 a=16
           sizeof(struct s)=16


其实现是:

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)

看明白了吗?把地址0强制转化为type的类型,然后取member变量的地址,再转为size_t就是偏移量了,size_t其实就是unsigned long类型。

### C语言中计算结构体成员偏移的宏定义及示例 在C语言中,`offsetof` 是一个标准库宏,用于计算结构体中某个成员相对于结构体起始位置的偏移量。它被定义在头文件 `<stddef.h>` 中[^1]。以下是一个具体的实现和使用示例: ```c #include <stdio.h> #include <stddef.h> struct MyStruct { int x; char c; double d; }; int main() { size_t offset = offsetof(struct MyStruct, c); printf("Offset of member 'c' in MyStruct: %zu\n", offset); return 0; } ``` 上述代码展示了如何通过 `offsetof` 宏获取结构体成员 `c` 的偏移量。`offsetof` 的定义通常如下所示: ```c #define offsetof(type, member) ((size_t)((char *)&((type *)0)->member - (char *)0)) ``` 此宏的核心思想是创建一个指向地址 `0` 的临时结构体指针,并通过该指针访问目标成员的地址,然后减去结构体的基址(即 `0`),从而得到偏移量[^4]。 此外,在实际开发中,还可以利用类似的宏来根据成员变量的地址反向获取结构体的地址。例如: ```c #define CONTAINER_OF(ptr, type, member) \ ((type *)((char *)(ptr) - offsetof(type, member))) ``` 这个宏的功能是通过成员变量的地址计算出包含该成员的结构体的地址。其原理是将成员变量的地址减去其在结构体中的偏移量,从而得到结构体的起始地址[^3]。 ### 示例代码:利用 `CONTAINER_OF` 获取结构体地址 以下代码演示了如何使用 `CONTAINER_OF` 宏: ```c #include <stdio.h> #include <stddef.h> struct node_t { int data; char name[20]; }; #define CONTAINER_OF(ptr, type, member) \ ((type *)((char *)(ptr) - offsetof(type, member))) void print_node(struct node_t *node) { printf("Data: %d, Name: %s\n", node->data, node->name); } int main() { struct node_t node = {42, "Example"}; char *name_ptr = node.name; // 使用 CONTAINER_OF 获取结构体地址 struct node_t *node_ptr = CONTAINER_OF(name_ptr, struct node_t, name); print_node(node_ptr); return 0; } ``` 在此示例中,`CONTAINER_OF` 宏通过成员变量 `name` 的地址反向获取了整个结构体 `node_t` 的地址[^3]。 ### 注意事项 - `offsetof` 宏只能用于 POD(Plain Old Data)类型的结构体,不适用于包含虚函数或非平凡构造函数的类[^4]。 - 在使用 `CONTAINER_OF` 时,必须确保传入的指针确实指向某个结构体成员变量,否则可能导致未定义行为[^3]。
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