我可以通过 C++ 中的原始偏移量手动访问字段吗？

Question

以下 sn-p 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/访问的特殊逻辑。 std::string 这里只是一个非平凡的类的例子。

Answer 1

您提出的解决方案包含多个与指针算术相关的未定义行为实例。

第一个(char*)(&s2) - (char*)(this) 是未定义的行为。此表达式由expr.add#5 管理。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，offset 的唯一合法值是 0。任何其他值都是未定义行为。

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 type 的成员，而不是 instance 的成员。它可以与指向实例的指针（在本例中为this 指针）结合以获得普通对象指针。

这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，在复制或移动期间不需要更正它，如果只是在实例之间按值复制，它将按预期运行。

Answer 2

不，两个指针的区别只对来自同一个数组的指针有效：

只有指向同一数组元素的指针（包括数组末尾之后的指针）才能相互减去。

https://en.cppreference.com/w/cpp/types/ptrdiff_t

这不适用于类的不同成员。