从成员指针到整个结构/类的强制转换

Casting from member pointer to whole struct/class

本文关键字：转换 结构 指针 成员      更新时间：2023-10-16

考虑以下代码：

#include <iostream>

struct bar {
double a = 1.0;
int b = 2;
float c = 3.0;
};
void callbackFunction(int* i) {
auto myStruct = reinterpret_cast<bar*>(i) - offsetof(bar, b);
std::cout << myStruct->a << std::endl;
std::cout << myStruct->b << std::endl;
std::cout << myStruct->c << std::endl;
//do stuff
}
int main() {
bar foo;
callbackFunction(&foo.b);
return 0;
}

我必须定义一个回调函数，并且我想在该函数中使用一些附加信息。我定义了自己的结构，并将成员的地址传递给函数。在函数中，我想通过强制转换"检索"整个结构，但指针似乎不匹配，我得到了错误的结果。我想我选角时做错了什么，但我不确定是什么？

您缺少一个使其工作的强制转换。在减去偏移量之前，您需要强制转换为字节类型，然后重新转换回bar*。原因是宏offsetof以字节数的形式返回偏移量。进行指针运算时，根据指针类型的大小进行减法和加法运算。让我们举一个例子：

假设您有一个bar实例，名为b，位于地址0x100h。假设sizeof(double) == 8、sizeof(int) == 4和sizeof(float) == 4，那么sizeof(bar) == 16和您的结构及其成员在内存中会是这样的：

b @ 0x100h
b.a @ 0x100h
b.b @ 0x108h
b.c @ 0x10Ch

则CCD_ 9将等于CCD_。您的原始代码说"将0x108h视为指向bar类型的结构。"。然后给我地址为0x108h - 8 * sizeof(bar)的bar结构，或者具体地说：0x108h-0x80h=88h希望这个例子能说明为什么原始代码执行了错误的计算。

这就是为什么你需要告诉编译器，你想减去作为字节的地址，以获得结构中第一个成员的正确地址。

解决方案看起来像这样：

bar* owner = reinterpret_cast<bar*>(reinterpret_cast<char *>(i) - offsetof(bar, b));

有一件事你应该非常小心：只有当bar是标准布局时，这才是合法的。您可以使用模板std::is_standard_layout<bar>::value进行静态断言，以验证您没有意外调用UB。

问题是，对于reinterpret_cast<bar*>(i)，您基本上将i视为指向bar结构数组的第一个元素的指针。

这是有问题的，因为对于任何指针(或数组(p和索引i，表达式*(p + i)恰好等于p[i]。

因此整个表达reinterpret_cast<bar*>(i) - offsetof(bar, b)与&(reinterpret_cast<bar*>(i))[-offsetof(bar, b)]基本相似。也就是说，您得到一个指向这个"数组"中元素-offsetof(bar, b)的指针。这当然不是一个正确的索引。

如果你有一个字节的"数组"，而不是bar结构的"阵列"，它就会起作用：

char* tempPtr = reinterpret_cast<char*>(i) - offsetof(bar, b);
bar* myStructPtr = reinterpret_cast<bar*>(tempPtr);

您将指针向后移动了太多，b的偏移量是sizeof(double)，所以可能是8，但表达式reinterpret_cast<bar*>(i) - offsetof(bar, b)将其移动了sizeof(bar) * sizeof(double)。

虽然从技术上讲，将struct/class投射到其第一个成员是合法的，但您永远不应该需要这样做，这很容易导致UB。

如果你只切换int和double成员，那么int成员是第一个，那么，因为你的类是标准布局，你可以简单地将reinterpret_caststruct，并正常访问其他成员，因为第一个非静态数据成员和类对象将是指针可交换:

struct bar {  // Must be standard-layout!
int b = 2;  // Must be first non-static data member!
double a = 1.0;
float c = 3.0;
};
void callbackFunction(int* i) {
auto myStruct = reinterpret_cast<bar*>(i);
std::cout << myStruct->a << std::endl;
std::cout << myStruct->b << std::endl;
std::cout << myStruct->c << std::endl;
//do stuff
}

int main() {
bar foo;
callbackFunction(&foo.b);
return 0;
}
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