从成员指针转换为整个 struct/class

Question

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，我想通过转换 "retrieve" 整个结构，但指针似乎不匹配，我得到了错误的结果。我想我在选角时做错了什么，但我不确定是什么？

Answer 1

你缺少演员来完成这项工作。您需要在减去偏移量之前转换为字节类型，然后再转换回 bar*。原因是宏 offsetof returns 将偏移量作为字节数。当您进行指针运算时，减法和加法根据指针类型的大小进行计算。举个例子：

假设您有一个名为 b 的 bar 实例，地址为 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看起来像这样：

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

offsetof(bar,b) 等于 8。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 0x108h - 8 * sizeof(bar) 处的 bar 结构，或者具体地说：0x108h - 0x80h = 88h。希望该示例能够说明原始代码执行错误计算的原因。

这就是为什么您需要告诉编译器您想要减去字节地址，以获取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。

Answer 2

您将指针向后移动太多，b 的偏移量为 sizeof(double)，因此可能为 8，但表达式 reinterpret_cast<bar*>(i) - offsetof(bar, b) 将其移动了 sizeof(bar) * sizeof(double) .

虽然将 struct/class 转换为第一个成员在技术上是合法的，但您永远 不需要 这样做，它很容易导致 UB.

Answer 3

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) 正好等于 p[i].

所以整个表达式reinterpret_cast<bar*>(i) - offsetof(bar, b)与&(reinterpret_cast<bar*>(i))[-offsetof(bar, b)]基本相似。也就是说，你在这个 "array" 中得到一个指向元素 -offsetof(bar, b) 的指针。这当然不是正确的索引。

如果你有一个字节的"array"而不是bar结构的"array"，它会起作用：

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

Answer 4

如果您只是切换 int 和 double 成员，让 int 成员排在第一位，那么，因为您的 class 是标准布局，您可以简单地 reinterpret_cast 到 struct 并正常访问其他成员，因为第一个非静态数据成员和 class 对象将是 pointer-interconvertible:

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;
}

从成员指针转换为整个 struct/class

Casting from member pointer to whole struct/class

c++

struct

casting

function

callback