c++ - 我可以通过 C++ 中的原始偏移量手动访问字段吗？

Question

以下代码段是否使用未定义/未指定/等。行为？

#include <cstddef>
#include <iostream>
#include <string>

class Test {
    std::string s1{"s1"}, s2{"s2"};
    std::ptrdiff_t offset = (char*)(&s2) - (char*)(this);
public:
    std::string& get() { return *(std::string*)((char*)(this) + offset); }
};

int main() {
    Test test;
    std::cout << Test{test}.get(); // note the copy
}

offset 的目的是指向 s1 或 s2(在运行时选择)并且不包含用于复制/移动的特殊逻辑/访问。 std::string 这里只是一个非常重要的类的例子。

Answer 1

您提出的解决方案包含多个与指针算法相关的未定义行为实例。

首先 (char*)(&s2) - (char*)(this) 是未定义的行为。此表达式受 expr.add#5 约束.由于指针不是 nullptr 并且它们不指向同一数组中的元素，因此行为未定义。

第二个 ((char*)(this) + offset) 是未定义的行为。这次适用的段落是expr.add#4 .由于 (char*)(this) 不是数组元素，因此 offset 的唯一合法值是 0。任何其他值都是未定义的行为。

但是 C++ 已经提供了解决您所描述的问题所必需的工具:pointer to data member .这些指针指向类型 的成员，而不是实例 的成员。它可以与指向实例的指针(在本例中为 this 指针)组合以获得普通对象指针。

这里是您的示例修改为使用指向数据成员 (https://godbolt.org/z/161vT158q) 的指针:

#include <cstddef>
#include <iostream>
#include <string>

class Test {
    std::string s1{"s1"}, s2{"s2"};

    // A pointer to an `std::string` member of the type `Test`
    using t_member_pointer = std::string Test::*;

    // Points to `Test::s2`
    t_member_pointer s_ptr = &Test::s2;

public:
    std::string& get() { 
        // Combine the data member pointer with an instance to get an object
        return (this->*s_ptr);
    }
};

int main() {
    Test test1;
    Test test2 = test1;
    std::cout << test2.get(); // note the copy
}

注意 s_ptr 指向 Test::s2 而不是 this->s2。数据成员指针的值独立于任何实例，它与该类型的任何实例兼容。因此，它不需要在复制或移动期间进行更正，如果在实例之间简单地按值复制，它将按预期运行。