结构体之offsetof宏详细解析

1、#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE*)0)->MEMBER)     (include/linux/stddef.h)

1.1 功能：

返回结构体TYPE中MEMBER成员相对于结构体首地址的偏移量，以字节为单位。

1.2 解析：

此类复杂表达式的解析应该采用从内向外、逐层理解的方式。

首先，(TYPE *)0表示将数字0强制类型转换为TYPE类型(TYPE为结构体类型)的指针。因此这里的0代表内存地址0，即我们认为内存地址0开始的sizeof(TYPE)个字节内存储的是一个TYPE类型的变量。

然后，((TYPE *)0)->MEMBER 得到该结构体变量中的MEMBER成员变量，

而 &(((TYPE*)0)->MEMBER) 使用取地址符&取得了MEMBER成员变量的地址，(size_t)加在前面表示将MEMBER成员变量的地址强制类型转换为size_t(即unsigned int），并将结果作为宏的返回值。

可见，offsetof宏返回的是MEMBER成员在内存中的实际地址。又因为整个结构体的起始地址是0，因此MEMBER成员的实际地址在数值上就等于MEMBER成员相对于结构体首地址的偏移量。

1.3 扩展思考：

1.3.1 使用offsetof宏会影响内存0地址处的值吗？

答案是不会，从1.3.2可知offsetof宏的运算是在C编译器编译时完成的，因此内存的0地址在机器指令中根本未被操作，当然不会影响其值了。

1.3.2offsetof宏返回的MEMBER相对于结构体首地址的偏移量是如何得到的？->符号如何能正确寻址到结构体中某个成员变量？

想探究struct如何通过->精确寻址每一个成员，最好的办法就是将C代码汇编为.S的汇编语言代码，通过观察汇编代码可以看到C编译器对代码处理的具体细节。我们的示例代码如下：

#include"stdio.h"

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

typedefstruct st

{

    int a;

    int c;     //将该行加上或去掉，对比得到的汇编代码的差别

    short d;   //将该行加上或去掉，对比得到的汇编代码的差别

    char b;

}st;

intgetoffsetof(void)

{

    return myoffsetof(struct st, b);

}

将以上代码保存为offsetof.c，并且使用arm-linux-gcc offsetof.c –S执行汇编，则会得到offsetof.s文件，内容如下：

        .file  "offsetof.c"

        .text

        .align 2

        .global getoffsetof

        .type  getoffsetof, %function

getoffsetof:

        @ Function supports interworking.

        @ args = 0, pretend = 0, frame = 0

        @ frame_needed = 1, uses_anonymous_args= 0

        mov    ip, sp        // 这三行

        stmfd  sp!, {fp, ip, lr, pc}   // 是函数

        sub    fp, ip, #4           // 栈帧保存

        mov    r3, #10          // #10即是offsetof宏计算得到的值

        mov    r0, r3        // 将返回值置于R0中

        sub    sp, fp, #12      // 函数栈帧

        ldmfd  sp, {fp, sp, lr}    // 恢复

        bx     lr            // 函数返回

        .size  getoffsetof, .-getoffsetof

        .ident "GCC: (GNU) 4.1.2"

以上汇编代码中mov r3, #10一句可以看出，offsetof宏计算member的偏移量是C编译器在编译阶段完成的，而并不需要CPU在运行时去计算得出。

可以尝试着更改struct st中成员b之前的成员，然后再次汇编，对比汇编后代码的不同，以此来验证我们的推论。