我可以通过 C++ 中的原始偏移量手动访问字段吗？

Question

以下代码段是否利用了 undefined/unspecified/etc。行为？

#include <cstddef>
#include <iostream>
#include <string>

class Test {
    std::string s1{"s1"}, s2{"s2"};
    std::ptrdiff_t offset = (char*)(&s2) - (char*)(this);
public:
    std::string& get() { return *(std::string*)((char*)(this) + offset); }
};

int main() {
    Test test;
    std::cout << Test{test}.get(); // note the copy
}

offset 的目的是指向 s1 或 s2（在运行时选择）并且不包含 copying/moving/accessing 的特殊逻辑。 std::string 这里只是一个非常重要的例子 class。

Answer 1

不，两个指针之间的差异仅对来自同一数组的指针有效：

Only pointers to elements of the same array (including the pointer one past the end of the array) may be subtracted from each other.

https://en.cppreference.com/w/cpp/types/ptrdiff_t

这不适用于 class 的不同成员。

Answer 2

您提出的解决方案包含多个与指针算法相关的未定义行为实例。

首先(char*)(&s2) - (char*)(this)是未定义的行为。此表达式受 expr.add#5 约束。由于指针不是 nullptr 并且它们不指向同一数组中的元素，因此行为未定义。

第二个 ((char*)(this) + offset) 是未定义的行为。这次适用的段落是expr.add#4。由于 (char*)(this) 不是数组的元素，因此 offset 的唯一合法值是 0。任何其他值都是未定义的行为。

但是 C++ 已经提供了解决您所描述的问题所必需的工具：pointer to data member。这些指针指向 type 的成员，而不是 instance 的成员。它可以与指向实例的指针（在本例中为 this 指针）组合以获得普通对象指针。

这是您的示例，修改为使用指向数据成员 (https://godbolt.org/z/161vT158q) 的指针：

#include <cstddef>
#include <iostream>
#include <string>

class Test {
    std::string s1{"s1"}, s2{"s2"};

    // A pointer to an `std::string` member of the type `Test`
    using t_member_pointer = std::string Test::*;

    // Points to `Test::s2`
    t_member_pointer s_ptr = &Test::s2;

public:
    std::string& get() { 
        // Combine the data member pointer with an instance to get an object
        return (this->*s_ptr);
    }
};

int main() {
    Test test1;
    Test test2 = test1;
    std::cout << test2.get(); // note the copy
}

请注意 s_ptr 指向 Test::s2 而不是 this->s2。数据成员指针的值独立于任何实例，它与该类型的任何实例兼容。因此，在复制或移动期间不需要更正它，如果在实例之间简单地按值复制，它将按预期运行。

我可以通过 C++ 中的原始偏移量手动访问字段吗？

Can I manually access fields by their raw offset in C++?

c++

class

offset

undefined-behavior

language-lawyer