使用 offsetof() 从成员变量中获取所有者对象

Question

我想在这里实现'GetParent()'功能-

class ChildClass;

class ParentClass
{
public:
    ....
    ChildClass childObj;
    ....
};

class ChildClass
{
    friend class ParentClass;
private:
    ChildClass();

public:
    ParentClass* GetParent();
};

我试图创建一个私有成员变量来存储指向父对象的指针。但是这种方法需要额外的内存。

class ChildClass
{
    friend class ParentClass;

private:
    ChildClass();

    ParentClass* m_parent;

public:
    ParentClass* GetParent()
    {
        return m_parent;
    }
};

所以我使用了 offsetof() 宏（调用 offsetof() 的性能成本可以忽略），但我不确定这种方法是否安全。它适用于所有情况吗？还有更好的idea吗？

class ChildClass
{
public:
    ParentClass* GetParent()
    {
        return reinterpret_cast<ParentClass*>(
            reinterpret_cast<int8_t*>(this) - offsetof(ParentClass, childObj)
            );
    }
};

Answer 1

使用offsetof计算容器对象的地址是安全的，因为它可以工作。 offsetof 通常在 C 语言中用于此目的。例如，参见 Linux 内核中的 container_of 宏。

如果有一个 ChildClass 实例 而不是 那个特定的成员变量，那么它可能是不安全的，那么你手上就有未定义的行为。当然，由于构造函数是私有的，您应该能够防止这种情况发生。

另一个不安全的原因是它 has undefined behaviour if the container type is not a standard layout type.

所以，只要您考虑到注意事项，它就可以工作。但是，您的实施已损坏。 offsetof 宏的第二个参数必须是成员的名称。在这种情况下，它必须是 childObj 而不是 e[index] 这不是成员的名字。

另外（如果我错了，也许有人会纠正我，但我认为）在进行指针运算之前转换为不相关的类型 uint8_t*，然后再转换为另一个不相关的类型似乎有点危险。我建议使用 char* 作为中间类型。保证 sizeof(char) == 1 并且它有关于别名和没有陷阱表示的特殊例外。

可能值得一提的是，根据标准，指针算法的这种使用（或除数组使用之外的任何使用）是 not defined。严格来说，这使得 offsetof 毫无用处。不过，指针被广泛用于数组之外，因此在这种情况下可以忽略缺乏标准支持。

Answer 2

这里是为未来访客提供的更通用的解决方案：

#include <cstddef>
#include <type_traits>

template <class Struct, std::size_t offset, class Member>
Struct &get_parent_struct_tmpl(Member &m){
    static_assert(std::is_standard_layout<Struct>::value,
                  "Given struct must have a standard layout type");
    return *reinterpret_cast<Struct *>(reinterpret_cast<char *>(&m) - offset);
}
#define get_parent_struct(STRUCTNAME, MEMBERNAME, MEMBERREF)\
    get_parent_struct_tmpl<STRUCTNAME, offsetof(STRUCTNAME, MEMBERNAME)>(MEMBERREF)

测试用例：

#include <cassert>

struct Foo{
    double d;
    int i;
    bool b;
    char c;
    bool b2;
};

int main(){    
    Foo f;
    bool &br = f.b;

    Foo &fr = get_parent_struct(Foo, b, br);

    assert(&fr == &f);
}

有一个 static_assert 可以防御由于给定结构没有 standard layout as mentioned by .

而导致的 UB

显示的代码需要 C++11，但是，您可以删除 #include <type_traits> 和 static_assert 以使其在 C++03 中编译，但是，您必须手动制作确保您有标准布局类型。

使用 offsetof() 从成员变量中获取所有者对象

Using offsetof() to get owner object from member variable

c++

pointers

member

offsetof