减去两个元素（来自同一结构）的地址？答案

【问题标题】：Subtract two elements' (from the same structure) addresses?减去两个元素（来自同一结构）的地址？
【发布时间】：2014-12-04 03:52:33
【问题描述】：

我正在编写一个程序，我需要计算结构元素的两个地址之间的差异。对不起，如果不清楚，有些代码可能更明确。

代码中有一些 MPI 元素，但这不是我的问题。

typedef struct Str {
  std::vector<int> itab;
  std::vector<char> ctab;
} s_str;

int main(int argc, char **argv)
{
  s_str *struc1 = new s_str();

  MPI_Datatype Strtype;
  int count = 2;
  int lengths[2] = { 8, 8 };
  MPI_Aint disp[2];
  disp[0] = &struc1->itab - &struc1;
  disp[1] = &struc1->ctab - &struc1;
  MPI_Datatype types[2] = { MPI_INT, MPI_CHAR };
  MPI_Type_create_struct(count, lengths, disp, types, &Strtype);
  MPI_Type_commit(&Strtype);

  (...)
}

问题发生在以下几行：

MPI_Aint disp[2];
disp[0] = &struc1->itab - &struc1;
disp[1] = &struc1->ctab - &struc1;

首先，MPI_Aint 是“包含任何有效地址的 C 类型”（取自文档）。我在这里尝试做的是计算 struc1->itab 和 struc1 地址之间的差异。

这是我遇到的错误：

tmp2.cpp: In function ‘int main(int, char**)’:
tmp2.cpp:30:30: erreur: invalid operands of types ‘std::vector<int>*’ and ‘s_str** {aka Str**}’ to binary ‘operator-’
tmp2.cpp:31:30: erreur: invalid operands of types ‘std::vector<char>*’ and ‘s_str** {aka Str**}’ to binary ‘operator-’

我想我没有正确访问地址，因为这里涉及的类型是std::vector<int>* 和s_str**。正确的方法是什么？

更多详细信息：我需要使用 MPI-I/O 将其写入文件。它告诉 MPI 每个 proc 需要多少空间来编写其整个数据集。所以基本上，我只想使用 MPI-I/O 将用户定义结构的内容写入文件中。原因如下。

【问题讨论】：

由于struc1 已经是一个地址（一个指针），通过在它上面使用address-of操作符你得到地址的地址（即一个指向指针）。如果你通过使用例如“修复”它&struc1->itab - struc1 然后你没有得到地址，你得到了结构内itab 成员的偏移量，已经有一个标准的offsetof 宏。
哦，即使使用“修复”（即不使用结构的地址运算符），您仍然可能会遇到错误，因为类型并不真正兼容，您必须强制转换指针。或者，如果您想要获取偏移量，请使用 offsetof 宏。
@JoachimPileborg offsetof 是 UB，除非该类是标准布局 - 并且 std::vector 可能不是标准布局，在这种情况下 Str 也不是。
请注意，即使您可以通过强制转换为 void* 来获取向量的地址，向量的实际元素也会放在内存中的其他位置*
如果您在 C++ 中使用 MPI，请考虑使用 Boost.MPI 之类的东西，它会为您处理所有这些讨厌的序列化问题。

标签： c++ struct mpi

【解决方案1】：

我认为你的推理有点错误，即使你给出了向量所在的地址，向量的实际元素也可能放在别处。

例如尝试例如

s_str struc1;
struc1.itab.push_back(0);
printf( "struc1.itab %p\n", (void*)&(struc1.itab) );
printf( "struc1.ctab %p\n", (void*)&(struc1.ctab) );
printf( "struc1.itab[0] %p\n", (void*)&(struc1.itab[0]) );
printf( "struc1 %p\n", (void*)&struc1 );

struc1.itab 000000000022fde0
struc1.ctab 000000000022fdf8
struc1.itab[0] 0000000000327f40
struc1 000000000022fde0

也许您最初有一个具有两个普通 c 数组的结构？

typedef struct 
{
  int itab[100];
  char ctab[100];
} struc1;

那么你在做什么会更有意义。

【讨论】：

我认为这是对的。 OP 几乎肯定想要向量中数据的第一个元素的地址，而不是向量本身的地址。

【解决方案2】：

试试这个：

 disp[0] = ((char *) &(struc1->itab)) - ((char *) struc1);
 disp[1] = ((char *) &(struc1->ctab)) - ((char *) struc1);

【讨论】：

【解决方案3】：

这是我用的。它适用于我的项目，但我不知道为什么这两种解决方案都有效，因为我认为它们的含义不同：

MPI_Aint disp[2] = { 0, (uintptr_t)&(struc1->ctab[0]) - (uintptr_t)&(struc1->itab[0]) };
MPI_Aint disp[2] = { 0, sizeof (std::vector<int>) + sizeof (std::vector<char>) };
// Why do both of these solutions work ?

有人可以确认这不是针对我的情况，并且这些方法并不完全陌生/糟糕吗？

【讨论】：

【解决方案4】：

便携式 MPI 方式是：

MPI_Aint base;

MPI_Get_address(&struc1, &base);
MPI_Get_address(&struc1->itab, &disp[0]);
disp[0] -= base;
MPI_Get_address(&struc1->ctab, &disp[1]);
disp[1] -= base;

无论如何，这不起作用，因为std::vector 为其在堆上的元素分配内存。由于堆分配可能最终在进程地址空间中完全随机的位置，因此应该使用稍微不同的方法：

MPI_Aint disp[2];

// N.B. both displacements are ABSOLUTE addresses
MPI_Get_address(&struc1->itab[0], &disp[0]);
MPI_Get_address(&struc1->ctab[0], &disp[1]);

MPI_Type_create_struct(count, lengths, disp, types, &Strtype);
MPI_Type_commit(&Strtype);

MPI_Send(MPI_BOTTOM, 1, Strtype, ...);

MPI_Type_free(&Strtype);

结构类型是使用绝对地址构造的，因此MPI_BOTTOM 必须在MPI_Send 调用中使用（MPI_BOTTOM 表示缓冲区地址是进程地址空间的底部）。这仅适用于发送结构类型的一个实例，因此该类型在发送调用后立即被销毁。原则上，为每个要发送的结构实例创建一个新的数据类型并不是什么大问题，因为发送数据比创建和销毁类型的操作成本更高。

【讨论】：