将结构覆盖到任意缓冲区

Question

我是一名“新”C 程序员，但也是一名老汇编程序员，几天来一直在寻找答案。

我正在尝试使用 C 结构构造解析消息中的多个字段（这是一个带有嵌入式 RTU modbus 数据包的 LORA 无线电）。

我有这个显示我的问题的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

struct MessageTable{
    uint8_t msg_id;
    uint8_t from;
    uint8_t to;
    unsigned flags1 : 1;
    unsigned retransmitted : 1;
    unsigned hops : 4;
    union {
        unsigned long millisecs;
        unsigned char bytes[sizeof(unsigned long)];
    } ms;
};


struct MessageTable message, *mp;
struct MessageTable message_table[8] = {0};
char buf[256];

void main(void) {
    int i;
    for (i=0; i<255; i++)
        buf[i] = i;

    mp = (struct MessageTable) &buf;
    printf("To: %u, From: %u", mp->to, mp->from);
}

当我尝试编译时，我得到：

question.c: In function ‘main’:
question.c:27:18: error: conversion to non-scalar type requested
   27 |     mp = (struct MessageTable) &buf;
      |                  ^~~~~~~~~~~~

我正在尝试做的是，在缓冲区空间中的某个任意位置覆盖结构，以便命名访问不同的字段，而不是使用硬编码的偏移量（即 to=buf[2]; 和 retransmitted = buf[3]&02x;

什么是干净、可读、合适的方法？

注意：在不同的 buf 位置会有多个结构（LORA 路由、Modbus Send、Modbus Rx、Modbus err 等...） 而且，这是纯 C，而不是 C++。

我不在乎缓冲区是否“跑出”结构的末尾，代码结构会处理这个问题。

Answer 1

默认情况下，C 结构字段不保证彼此直接相邻，此外，位字段可以重新排序。允许实现对位域重新排序并实现填充，以便有效地满足系统内存对齐要求。如果您需要保证 struct 字段在内存中彼此紧邻（没有填充）并按照您指定的顺序放置，您需要查看如何告诉编译器创建打包结构。这不是标准的 C 语言（但有必要确保您尝试完成的工作能够正常工作——它可能（但不能保证）以其他方式工作），并且每个编译器都有自己的方式。

Answer 2

你有两个问题：

mp = (struct MessageTable) &buf;

第一个是buf由于数组/指针转换已经是一个指针。 C11 Standard - 6.3.2.1 Other Operands - Lvalues, arrays, and function designators(p3)

第二个问题是您正在转换为struct MessageTable 而不是指向 struct MessageTable 的指针。您可以通过以下方式更正两者：

    mp = (struct MessageTable*) buf;

此外，除非您在 独立环境 中编程（没有任何操作系统的好处），在符合标准的实现中，main 的允许声明为 int main (void) 和 @987654332 @（您将看到用等效的 char **argv 编写）。请参阅：C11 Standard - §5.1.2.2.1 Program startup(p1)。另请参阅：What should main() return in C and C++? 在独立环境中，程序启动时调用的函数的名称和类型是实现定义的。见：C11 Standard - 5.1.2.1 Freestanding environment

总而言之，您将拥有：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

struct MessageTable{
    uint8_t msg_id;
    uint8_t from;
    uint8_t to;
    unsigned flags1 : 1;
    unsigned retransmitted : 1;
    unsigned hops : 4;
    union {
        unsigned long millisecs;
        unsigned char bytes[sizeof(unsigned long)];
    } ms;
};


struct MessageTable message, *mp;
struct MessageTable message_table[8] = {0};
char buf[256];

int main(void) {
    int i;
    for (i=0; i<255; i++)
        buf[i] = i;

    mp = (struct MessageTable*) buf;
    printf("To: %u, From: %u", mp->to, mp->from);
}

使用/输出示例

$ ./bin/struct_buf_overlay
To: 2, From: 1

Answer 3

首先解决您在此行的错误消息：

mp = (struct MessageTable) &buf;

在这里，您尝试将具有 char (*)[256] 类型（即指向数组的指针）的 &buf 转换为不是指针类型的 struct MessageTable。在大多数情况下，数组会衰减为指向第一个元素的指针，因此您不需要获取其地址，并且需要将其转换为指针类型：

mp = (struct MessageTable *)buf;

然而，另一个问题是：

• 结构可能不是您期望的大小
• bitfieds 的顺序可能不是您所期望的
• 如果缓冲区未正确对齐结构中的字段，您可能会产生错误。