【C语言进阶篇】offsetof宏的介绍 及其实现

一、offsetof宏的介绍

offsetof宏的作用是获取结构体中某个成员相对于结构体起始地址的偏移量。通过计算成员在结构体中的位置，它提供了一种可移植的方法来确定偏移量。

头文件 ：

offsetof宏的通用形式：

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)

参数说明：

• TYPE: 表示结构体或联合体的类型名。当你需要计算某个结构体类型中某个成员的偏移量时，应在此处指定该结构体类型。
  
• MEMBER: 表示结构体（或联合体）中需要计算偏移量的成员名称。这是你希望得知其在结构体内部位置的字段。
  

用法举例：

#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct ST
{
  char a;
  int b;
  float c;
};
int main()
{
  printf("%zd\n", offsetof(struct ST, b));
  printf("%zd\n", offsetof(struct ST, c));
  return 0;
}

二、offsetof宏的实现

（这里用一些更简短的符号表示）

#define MY_offsetof(S,m) (size_t) &(((S*)0)->m)

• S：代表结构体的类型。
• m：代表结构体中的成员。
• (S*)0：这里将整数值0强制转换为指向结构体S类型的指针。这实际上创建了一个指向无效地址（NULL）的指针，但由于我们只是用它来计算偏移量，并不实际访问内存，因此这是安全的。
• ->m：使用->运算符来访问结构体指针的成员m。尽管指针是NULL，但这个操作在编译时仅用于计算偏移量，并不真正执行内存访问。
• &(((S*)0)->m)：取成员m的地址。由于我们有一个指向结构体类型的NULL指针，这个地址实际上就是成员m在结构体中的偏移量。
• (size_t)：将计算出的偏移量转换为size_t类型，这是一个无符号整数类型，通常用于表示对象的大小或内存中的偏移量。

MY_offsetof宏会返回结构体S中成员m的偏移量，这个偏移量是从结构体的起始地址到成员m的地址之间的距离（以字节为单位）。

#include<stdio.h>
#define MY_offsetof(S,m) (size_t)&(((S*)0)->m)
 
struct ST
{
  char a;
  int b;
  float c;
};
int main()
{
  printf("%zd\n", MY_offsetof(struct ST, b));
  printf("%zd\n", MY_offsetof(struct ST, c));
  return 0;
}

三、offsetof宏的使用注意事项

• 仅适用于结构体和联合体：它不能用于普通变量、数组或非聚合类型（即不包含其他成员的简单类型）。
  
• 编译时计算：offsetof宏是在编译时计算偏移量的，因此它不能用于运行时动态生成的结构体类型或成员名。
  
• 不涉及内存访问：虽然宏的表达式看起来像在访问内存，但实际上并没有发生真正的内存访问，因为所使用的指针指向的是未分配的地址。编译器仅依据类型信息计算偏移量，不会导致运行时错误。