C++ OFFSETOF() 宏

在本文中，您将通过语法和示例学习 C++ 中的 offsetof() 宏函数。

<cstddef> 或 <stddef.h> 头文件包含 C++ 中的 offsetof() 宏，它用于查找结构体或类中指定成员的偏移量。在直接处理内存布局（如数据结构或硬件寄存器）时，它非常有用。它是底层编程的一个重要组成部分。

语法

它具有以下语法：

'type': 包含指定成员的类或结构体类型。

'member': 需要确定偏移量的成员名称。

offsetof() 宏返回成员在结构体或类中的指定字节偏移量。它使您能够确定相对于结构体或类起始位置的特定成员的内存地址。

1. 目的

offsetof() 的主要目标是通过使程序员能够确定成员在类或结构体中的确切位置来简化底层内存管理。在需要手动管理内存布局的自定义序列化和反序列化或处理硬件寄存器时，它特别有用。

2. 常见用例

数据序列化和反序列化：在处理二进制数据时，程序员可以使用 offsetof() 来查找数据字段在结构体中的位置，为序列化和反序列化做准备。

硬件交互：在系统编程或处理硬件寄存器时，使用 offsetof() 函数来访问数据结构中的特定位或字段。

内存检查/调试：开发人员可以在调试时使用 offsetof() 函数来检查结构体在运行时的内存布局。

3. 可移植性

由于 offsetof() 依赖于编译器对结构体布局的实现，因此它的使用可能无法在不同的编译器或平台之间完全移植。但是，它在实践中得到了广泛支持和普遍使用。

4. 标准库头文件

offsetof() 宏通常包含在 C++ 的 <cstddef> 头文件或 C 的 <stddef.h> 头文件中。要使此宏正常工作，必须包含相关的头文件。

5. 成员可访问性

offsetof() 函数不会对提供的成员进行可访问性检查。它会根据提供的类型和成员名称自动计算偏移量。

6. 用法

i) 内存布局

在 C++ 中，类和结构体不保证具有特定的内存布局，编译器可能会在成员之间添加填充以确保对齐。

通过考虑编译器添加的任何填充，开发人员可以使用 offsetof() 函数来确定成员的真实字节偏移量。

ii) 数据结构对齐

在底层编程（如嵌入式系统和系统编程）中，对数据结构布局的精确控制至关重要。

通过帮助开发人员理解和管理内存架构，offsetof() 使创建紧凑打包的结构变得更加容易。

iii) 指针算术

在使用原始内存或构建数据结构（如链表、树或其他自定义结构）时，offsetof() 可以与指向结构体的指针一起使用，以确定特定成员的内存位置。

示例

让我们举一个例子来说明 offsetof() 函数在 C++ 中的使用

输出

Offset of Int:   0 bytes
Offset of Char:  4 bytes
Offset of Float: 8 bytes
Offset of Double: 16 bytes
Offset of Short: 24 bytes

说明

1. 头文件包含

• #include <iostream>: 它添加了标准输入/输出流的头文件，以便使用 std::cout 打印输出。
• #include <cstddef>: 它包含了提供 offsetof() 的头文件。

2. 结构体定义

• struct My_Struct {};: 它在 My_Struct 下描述了一个具有五种不同数据类型（int, char, float, double, 和 short）的结构体。

3. 主函数

• size_t offsetInt = offsetof(My_Struct, my_Int);: 它使用 offsetof 宏来确定成员 my_Int 在 My_Struct 结构体内的字节偏移量。结果存储在 offsetInt 变量中。
• 其他成员（my_Char, my_Float, my_Double, 和 my_Short）的偏移量也以类似的方式计算。
• std::cout << "Offset of Int: " << offsetInt << " bytes\n";: 它打印出 my_Int 成员计算出的偏移量。
• 类似的代码行打印其他成员的偏移量。

4. 输出

• 该程序计算并打印了 My_Struct 中每个成员的字节偏移量。这些偏移量表示从结构体的起始点到存储在内存中相应成员之间的距离。

对于底层编程任务，offsetof() 宏对开发人员很有用。它提供了一种精确控制内存组织的方法，这在内存效率、对齐和直接内存操作至关重要时是必需的，尽管它的使用需要仔细考虑可移植性和结构布局。