c++ - 为什么不能在 C++ 中的非 POD 结构上使用 offsetof？

Question

我正在研究如何在 C++ 中获取类的成员的内存偏移量，并在 wikipedia: 上遇到了这个问题。

In C++ code, you can not use offsetof to access members of structures or classes that are not Plain Old Data Structures.

我试过了，它似乎工作正常。

class Foo
{
private:
    int z;
    int func() {cout << "this is just filler" << endl; return 0;}

public: 
    int x;
    int y;
    Foo* f;

    bool returnTrue() { return false; }
};

int main()
{
    cout << offsetof(Foo, x)  << " " << offsetof(Foo, y) << " " << offsetof(Foo, f);
    return 0;
}

我收到了一些警告，但它编译并运行时给出了合理的输出:

Laptop:test alex$ ./test
4 8 12

我想我要么误解了 POD 数据结构是什么，要么我错过了其他一些难题。我不明白有什么问题。

Answer 1

简短回答:offsetof 是仅在 C++ 标准中才有的功能，用于兼容旧的 C。因此，它基本上仅限于可以在 C 中完成的内容。C++ 仅支持 C 兼容性所必须的内容。

由于 offsetof 基本上是一种依赖于支持 C 的简单内存模型的 hack(作为宏实现)，因此 C++ 编译器实现者在如何组织类实例布局方面需要很大的自由。

结果是 offsetof 在 C++ 中通常会工作(取决于使用的源代码和编译器)，即使在没有标准支持的情况下 - 除非它没有。所以你应该非常小心在 C++ 中使用 offsetof，特别是因为我不知道一个编译器会为非 POD 使用生成警告......现代 GCC 和 Clang 将发出警告如果 offsetof在标准之外使用 ( -Winvalid-offsetof )。

编辑:例如，如您所问，以下内容可能会澄清问题:

#include <iostream>
using namespace std;

struct A { int a; };
struct B : public virtual A   { int b; };
struct C : public virtual A   { int c; };
struct D : public B, public C { int d; };

#define offset_d(i,f)    (long(&(i)->f) - long(i))
#define offset_s(t,f)    offset_d((t*)1000, f)

#define dyn(inst,field) {\
    cout << "Dynamic offset of " #field " in " #inst ": "; \
    cout << offset_d(&i##inst, field) << endl; }

#define stat(type,field) {\
    cout << "Static offset of " #field " in " #type ": "; \
    cout.flush(); \
    cout << offset_s(type, field) << endl; }

int main() {
    A iA; B iB; C iC; D iD;
    dyn(A, a); dyn(B, a); dyn(C, a); dyn(D, a);
    stat(A, a); stat(B, a); stat(C, a); stat(D, a);
    return 0;
}

尝试定位字段 a 时会崩溃内型 B静态，当实例可用时它工作。这是因为虚拟继承，其中基类的位置存储在查找表中。

虽然这是一个人为的示例，但实现也可以使用查找表来查找类实例的公共(public)、 protected 和私有(private)部分。或者使查找完全动态(对字段使用哈希表)等。

该标准只是通过将 offsetof 限制为 POD 来保留所有可能性(IOW:无法对 POD 结构使用哈希表...... :)

另一个注意事项:我必须为此示例重新实现 offsetof(此处:offset_s)，因为当我为虚拟基类的字段调用 offsetof 时，GCC 实际上会出错。