结构体成员变量偏移量的三种解法以及 用宏对成员变量进行修改

示例1

我们先来定义一下需求：

已知结构体类型定义如下：

struct node_t{
 char a;
 int b;
 int c;
};

且结构体1Byte对齐

#pragma pack(1)
求：

结构体struct node_t中成员变量c的偏移。

注：这里的偏移量指的是相对于结构体起始位置的偏移量。

有三种方法：

1.使用宏offsetof(）。
2.定义一个结构体，【用结构体成员的地址】-【结构体起始地址】。
3.不去定义结构体，进行求解。

1.首先，我们看一下宏offsetof的使用规则：

声明：size_t offsetof( structName, memberName );//第一个参数是结构体名，第二个参数是结构体成员名字

定义：

#define offsetof(s,m)   (size_t)&reinterpret_cast<const volatile char&>((((s *)0)->m))

另外：static_cast和reinterpret_cast（强制类型转换符）的区别主要在于 多重继承， static_cast计算了父子类 指针转换的 偏移量，并将之转换到正确的地址（c里面有m_a,m_b，转换为B*指针后指到m_b处），而reinterpret_cast却不会做这一层转换。

最直接的思路是：【结构体成员变量c的地址】 减去 【结构体起始地址】

我们先来定义一个结构体变量node：

struct node_t node;
接着来计算成员变量c的偏移量：

(unsigned long)(&(node.c)) - (unsigned long)(&node)

&(node.c)为结构体成员变量c的地址，并强制转化为unsigned long；
&node为结构体的起始地址，也强制转化为unsigned long；

最后我们将上述两值相减，得到成员变量c的偏移量；

2.我们先来定义第一个结构体变量node：
struct node_t node;
接着计算成员变量c的偏移量：
转化为无符号长整形进行计算（因为首先地址占4个字节，且第一为不为符号位，若两个地址相加，无符号整形表示结果，显然无法满足。所以一般转化为长整形，这样会更安全一点。）

(unsigned long)(&node.c)-(unsigned long)(&node)

3.我们对第二种方法进行改进一下，不定义一个结构体出来。

在探讨新的解决方法之前，我们先来探讨一个有关偏移的小问题：

小问题

这是一道简单的几何问题，假设在座标轴上由A点移动到B点，如何计算B相对于A的偏移？这个问题对于我们来说是非常的简单，可能大部分人都会脱口而出并得到答案为B-A。

那么这个答案是否完全准确呢？比较严谨的你觉得显然不是，原因在于，当A为坐标原点即A=0的时候，上述答案B-A就直接简化为B了。

这个小小的简单的问题，对于我们来说有什么启示呢？

我们结合方法2的思路和上述的小问题，是不是很快就得到了下面的关联:

(unsigned long)(&(node.c)) - (unsigned long)(&node)
和

B - A
我们小问题的思路是当A为坐标原点的时候，B-A就简化为B了，那么对应到我们的方法2，当node的内存地址为0即(&node==0)的时候，上面的代码可简化为：

(unsigned long)(&(node.c))
由于node内存地址==0了，所以

node.c //结构体node中成员变量c
我们就可以使用另外一种方式来表达了，如下：

((struct node_t *)0)->c
述代码应该比较好理解，由于我们知道结构体的内存地址编号为0，所以我们就可以直接通过内存地址的方式来访问该结构体的成员变量，相应的代码的含义就是 获取内存地址编号为0的结构体struct node_t的成员变量c。

注：此处只是利用了编译器的特性来计算结构体偏移，并未对内存地址0有任何操作，有些同学对此可能还有些疑问，详细的了解该问题可参考关于c语言结构体成员变量访问方式的一点思考。

此时，我们的偏移求法就消除了struct node_t node这个自定义变量，直接一行代码解决,：

(unsigned long)(&(((struct node_t *)0)->c))
上述的代码相对于方法2是不是更简洁了一些。
这里我们将上面的代码功能定义为一个宏，该宏的作用是用来计算某结构体内成员变量的偏移(后面的示例会使用该宏)：

#define OFFSET_OF(type, member) (unsigned long)(&(((type *)0)->member))

使用上面的宏，就可以直接得到成员变量c在结构体struct node_t中的偏移为：

OFFSET_OF(struct node_t, c)

示例2

和示例1一样，我们先定义需求如下：

已知结构体类型定义如下：

struct node_t{
 char a;
 int b;
 int c;
};

#pragma pack(1)
int *p_c，该指针指向struct node_t x的成员变量c

结构体1Byte对齐求：

结构体x的成员变量b的值？

拿到这个问题的时候，我们先做一下简单的分析，题目的意思是根据一个指向某结构体成员变量的指针，如何求该结构体的另外一个成员变量的值。

那么可能的几种解法有：

方法1

由于我们知道结构体是1Byte对齐的，所以这道题最简单的解法是：

(int )((unsigned long)p_c - sizeof(int))
上述代码很简单，成员变量c的地址减去sizeof(int)从而得到成员变量b的地址，然后再强制转换为int *，最后再取值最终得到成员变量b的值；

方法2

方法1的代码虽然简单，但扩展性不够好。我们希望通过p_c直接得到指向该结构体的指针p_node，然后通过p_node访问该结构体的任意成员变量了。

由此我们得到计算结构体起始地址p_node的思路为：

【成员变量c的地址p_c】减去【c在结构体中的偏移】

由示例1，我们得到结构体struct node_t中成员变量c的偏移为：

(unsigned long)&(((struct node_t *)0)->c)
所以我们得到结构体的起始地址指针p_node为：

(struct node_t )((unsigned long)p_c - (unsigned long)(&((struct node_t )0)->c))
我们也可以直接使用示例1中定义的OFFSET_OF宏，则上面的代码变为：

(struct node_t *)((unsigned long)p_c - OFFSET_OF(struct node_t, c))
最后我们就可以使用下面的代码来获取成员变量a,b的值：

p_node->a

p_node->b

我们同样将上述代码的功能定义为如下宏：

我们使用上面的宏来修改之前的代码如下：

STRUCT_ENTRY(p_c, struct node_t, c)
p_c为指向结构体struct node_t成员变量c的指针；

struct node_t结构体类型；

#define STRUCT_ENTRY(ptr, type, member) (type *)((unsigned long)(ptr)-OFFSET_OF(type, member)) //该宏的功能是通过结构体任意成员变量的指针来获得指向该结构体的指针。

c为p_c指向的成员变量；

注：

上述示例中关于地址运算的一些说明：

int a = 10;
int * p_a = &a;
设

p_a == 0x95734104；
以下为编译器计算的相关结果：

p_a + 10 == p_a + sizeof(int)*10 =0x95734104 + 4*10 = 0x95734144

(unsigned long)p_a + 10 == 0x95734104+10 = 0x95734114

(char *)p_a + 10 == 0x95734104 + sizeof(char)*10 = 0x95734114

从上述三种情况，相信你应该能体会到我所要表达的意思了。(注：后续某博文将从编译器的角度对该问题进行详细的阐述)