指向数据成员地址的指针

Question

我读过（Inside C ++对象模型）C ++中指向数据成员的指针的地址是数据成员加1的偏移量？
我在VC ++ 2005上尝试这个，但我没有得到确切的偏移值。
例如：

Class X{  
  public:  
    int a;  
    int b;  
    int c;
}

void x(){  
  printf("Offsets of a=%d, b=%d, c=%d",&X::a,&X::b,&X::c);
}  

应该打印偏移a = 1，b = 5，c = 9。 但是在VC ++ 2005中，它是a = 0，b = 4，c = 8。
我无法理解这种行为。
摘录自书：

“然而，对于C和C ++程序员来说，这种期望是一个传统的错误。

如果vptr放在末尾，则类布局中三个坐标成员的物理偏移分别为0,4和8，如果vptr放置在类的开头，则分别为4,8和12。 但是，从获取成员地址返回的值总是增加1.因此实际值为1,5和9，依此类推。 问题是区分没有数据成员的指针和指向第一个数据成员的指针。 考虑例如：

 float Point3d::*p1 = 0; float Point3d::*p2 = &Point3d::x; // oops: how to distinguish? if ( p1 == p2 ) { cout << " p1 & p2 contain the same value — "; cout << " they must address the same member!" << endl; } 

为了区分p1和p2，每个实际成员偏移值都会增加1.因此，编译器（和用户）必须记住在实际使用该值来解析成员之前减去1。

Answer 1

某事物的偏移量是从一开始就有多少单位。 第一件事是在开始时它的偏移为零。

根据您在内存位置100的结构来考虑：

100: class X { int a;
104:           int b;
108:           int c;

如您所见， a的地址与整个结构的地址相同，因此它的偏移量（您必须添加到结构地址以获取项目地址）为0。

请注意，ISO标准未指定项目在内存中的布局位置。 填充字节以创建正确的对齐当然是可能的。 在一个假设的环境中，整数只有两个字节，但它们所需的对齐是256个字节，它们不是0,2和4，而是0,256和512。

---

而且，如果那本书摘录的内容实际上是Inside the C++ Object Model ，那么它就会变得有点长。

事实上它来自于'96并讨论了C ++下的内部结构（对于知道vptr在哪里是多么好的抒情，错过了那个在错误的抽象级别工作并且你永远不应该关心的重点 ）的日期相当于位。 事实上，引言甚至陈述“解释面向对象特征的基本实现 ......”（我的斜体）。

事实上，没有人能够在ISO标准中找到任何说这种行为的事实，以及MSVC和gcc都没有采取这种行为这一事实让我相信，即使过去的某个特定实现都是如此，所有这一切都不是真的（或必须是真的）。

作者显然领导了cfront 2.1和3团队，虽然这本书似乎具有历史意义，但我认为它与现代C ++语言（和实现）并不相关，至少我读过这些内容。

Answer 2

首先，指向数据成员类型的指针值的内部表示是实现细节。 它可以通过许多不同的方式完成。 您遇到了一个可能的实现的描述，其中指针包含成员的偏移加1 。 很明显，“加1”来自：特定实现想要为空指针保留物理零值（ 0x0 ），因此第一个数据成员（可能很容易为0）的偏移量必须转换为使其与空指针不同的其他东西。 为所有这样的指针添加1可以解决问题。

但是，应该注意这是一种相当麻烦的方法（即编译器在执行访问之前总是必须从物理值中减去1）。 该实现显然非常难以确保所有空指针都由物理零位模式表示。 说实话，我现在还没有遇到过在实践中遵循这种方法的实现。

今天，大多数流行的实现（如GCC或MSVC ++）仅使用普通偏移（不向其添加任何内容）作为指向数据成员的指针的内部表示。 当然，物理零点将不再用于表示空指针，因此它们使用一些其他物理值来表示空指针，如0xFFFF... （这是GCC和MSVC ++使用的）。

其次，我不明白你用p1和p2例子说的是什么。 假设指针包含相同的值是完全错误的。 他们不会。

如果我们按照你的帖子中描述的方法（“offset + 1”），那么p1将接收空指针的物理值（显然是物理0x0 ），而p2将接收物理值0x1 （假设x具有偏移0） 。 0x0和0x1是两个不同的值。

如果我们遵循现代GCC和MSVC ++编译器使用的方法，那么p1将接收物理值0xFFFF.... （空指针），而p2将被分配物理0x0 。 0xFFFF...和0x0再次是不同的值。

PS我刚刚意识到p1和p2例子实际上不是你的，而是一本书的引用。 好了，这本书再一次描述了我上面提到的同样的问题 - 0偏移与空指针的0x0表示的冲突，并提供了一种可行的方法来解决这种冲突。 但是，再一次，有其他方法可以做到这一点，今天许多编译器使用完全不同的方法。

Answer 3

你得到的行为对我来说看起来很合理。 你读的是什么听起来不对。

Answer 4

为了补充AndreyT的答案：尝试在编译器上运行此代码。

void test()
{  
    using namespace std;

    int X::* pm = NULL;
    cout << "NULL pointer to member: "
        << " value = " << pm 
        << ", raw byte value = 0x" << hex << *(unsigned int*)&pm << endl;

    pm = &X::a;
    cout << "pointer to member a: "
        << " value = " << pm 
        << ", raw byte value = 0x" << hex << *(unsigned int*)&pm << endl;

    pm = &X::b;
    cout << "pointer to member b: "
        << " value = " << pm 
        << ", raw byte value = 0x" << hex << *(unsigned int*)&pm << endl;
}

在Visual Studio 2008上，我得到：

NULL pointer to member:  value = 0, raw byte value = 0xffffffff
pointer to member a:  value = 1, raw byte value = 0x0
pointer to member b:  value = 1, raw byte value = 0x4

实际上，这个特殊的编译器使用一个特殊的位模式来表示一个NULL指针，从而留下一个0x0位模式来表示一个指向对象第一个成员的指针。

这也意味着无论编译器生成代码以将指针转换为整数或布尔值，它都必须注意寻找特殊的位模式。 因此， if(pm)或<< stream operator'执行的转换实际上是由编译器编写的，作为对0xffffffff位模式的测试（而不是我们通常喜欢将指针测试视为对地址0x0的原始测试） ）。

Answer 5

我已经读过C ++中指向数据成员的指针的地址是数据成员加1的偏移量？

我从未听说过，你自己的经验证据表明情况并非如此。 我认为你误解了C ++中结构和类的奇怪属性。 如果它们完全为空，则它们的大小为1（因此它们的数组中的每个元素都有一个唯一的地址）

Answer 6

$ 9.2 / 12很有意思

声明没有插入访问说明符的（非联合）类的非静态数据成员，以便后面的成员在类对象中具有更高的地址。 由访问说明符分隔的非静态数据成员的分配顺序未指定（11.1）。 实施对齐要求可能导致两个相邻成员不能立即分配; 因此，可能需要空间来管理虚拟功能（10.3）和虚拟基类（10.1）。

这解释了这种行为是实现定义的。 然而，'a'，'b'和'c'处于增加地址的事实符合标准。

Answer 7

您可能想要查看C ++中的对象如何存储在内存中？ 它更详细地讨论了这个问题。