通过强制转换 nullptr 获取成员变量的偏移量

Question

我正在查看来自<cstddef> 的宏offsetof，并看到一个可能的实现是通过

#define my_offsetof(type, member) ((void*) &(((type*)nullptr)->member))

我试过了，确实可以正常工作

#include <iostream>

#define my_offsetof(type, member) ((void*) &(((type*)nullptr)->member))

struct S
{
    char x;
    short y;
    int z;
};

int main()
{
    std::cout << my_offsetof(S, x) << '\n';
    std::cout << my_offsetof(S, y) << '\n';
    std::cout << my_offsetof(S, z) << '\n';

    S s;
    std::cout << (void*) &((&s)->x) << '\n'; // no more relative offsets
    std::cout << (void*) &((&s)->y) << '\n'; // no more relative offsets
    std::cout << (void*) &((&s)->z) << '\n'; // no more relative offsets
}

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我所做的唯一修改是使用最终转换为void* 而不是size_t，因为我想将地址显示为指针。

我的问题：

1. 代码是否完全合法，即通过nullptr“访问”成员，然后获取其地址是否合法？如果是这样的话，那么&(((type*)nullptr)->member)似乎计算了成员相对于0的地址，真的是这样吗？ （看起来是这样，在最后 3 行中，我得到了相对于s 地址的偏移量）。
2. 如果我从宏定义中删除最终转换为(void*)，我会得到一个段错误。为什么？ &(((type*)nullptr)->member) 不应该是 type* 类型的指针，还是该类型在这里被抹掉了？

Answer 1

1. 代码完全合法吗？

没有。 It's undefined behavior。编译器可以选择以这种方式实现offsetof，但那是因为它是实现：它可以选择如何实现自己的功能。另一方面，你没有得到这样的“奢侈品”。

您无法实现offsetof 宏。不以任何符合标准的方式。

1. 如果我从宏定义中删除最终强制转换为 (void*)，则会出现段错误。为什么？ &(((type*)nullptr)->member) 不应该是 type* 类型的指针，还是该类型在这里被抹掉了？

尝试打印 my_offsetof(S, x) 可能是段错误（因为 x 是 char 并且该表达式导致 char*），因为 std::ostream's operator<< will try to print char* as a C-style string。