包含相同类型的结构指针的结构指针的初始化

Question

我试图了解指向结构对象的指针（其中包含指向相同类型的结构的指针）的初始化是如何发生的。例如我有一个struct:

struct node {
    node *next;
  };

假设我有一个内存池的起始地址，即内存池是一个指向起始位置的指针。 （为了争论，假设起始内存是1001。）

char* pool[65536];

现在我声明一个node 类型的指针，并通过reinterpret_cast 为其分配起始内存。

node* a =reinterpret_cast<node *>(pool);

当前a 指向内存1001。现在我声明另一个指针

node* b;
b=a;

现在发生的事情是b 指向与a 相同的地址，即1001。指针b->next 指向某个预期的随机位置，但指针b->next 的地址与b 指向的地址相同，即1001。即

&b->next = b

我不明白为什么b->next 的地址与b 指向的指针相同？根据我的理解b->next应该位于b所在的位置。

P.S：我试图找出这是如何发生的，但找不到相关文档。如果此类问题已在某些文档或其他问题中得到解答，请务必提供链接。

P.P.S：在和我的同事进一步讨论这个问题后，我发现b 是一个指针而不是一个对象。它指向一个位置（即1001），根据b，存在一个包含指针next的节点对象，因此b->next（&b->next）的地址与b 正在指向。

Answer 1

让我们采用基本前提，但用一个有效的例子代替：

node* a = new node;
node* b = a;

现在a 和b 都指向同一个对象，内存中的同一个位置。

从图形上看，它看起来像这样：

+---+ |一个 | --\ +---+ \ +-----------------+ >--> |节点对象 | +---+ / +-----------------+ |乙 | --/ +---+

因为a 和b 都指向完全相同的对象，所以a->next 和b->next 必须完全相同。您可以通过打印&a->next 和&b->next 来验证它。

a->next 和b->next 的（当前不确定的）值可能看起来不同的唯一原因是undefined behavior。首先因为a->next（因此b->next）是不确定的，除了初始化之外，以任何方式使用它的值都会导致UB。其次，如果您没有以正确的方式初始化 a 或 b（例如，您确实像在您的问题中那样初始化它），那么当您取消引用 a 或 b 时，您也有 UB。

Answer 2

假设我声明了一个节点类型的指针并为其分配一些起始内存（例如 1001）

为了论证，我将假设这段代码可以编译，你可以直接将任意整数分配给没有reinterpret_cast的指针。

a 现在是 C++ 所说的“无效指针”。它是一个指针，但它不指向任何东西。

现在发生的情况是“b”指向与“a”相同的地址，即 1001。

没错。 b 现在与 a 一样无效。

指针“b->next”

不。如果取消引用无效指针，则会得到未定义的行为。 b 实际上并不指向 node 对象，因此没有 b->next 指针。所以说不存在的b->next指针的值是没有意义的。

指针“b->next”的地址与b指向的地址相同，即1001。

听起来您实际上在谈论的是结构node 的布局。事实上，给定一些node 类型的对象，该对象的地址和它的第一个数据成员的地址将是相同的。因为node 是标准布局，所以这是真的。

但需要注意的是，第一个数据成员的地址并不是next指向的地址。它是next本身的地址。指针是一个对象，就像任何其他对象一样，因此它存储在内存中。因此，你可以得到一个指针指向一个指针。它是指向next 指针的指针，它将与它所在的node 对象具有相同的地址，而不是next 指针本身的值。

也就是说，在一个假设有效的示例中，b 和 &b->next 的地址将相同。

Answer 3

这是 C++ 的要求（模内存填充）：结构的第一个成员位于与结构本身相同的地址。

为了比较， 您可以将其视为一个数组，在字符串中

abcd

（a 是出于实际目的，与您问题中的a 不同）

a 与字符串 abcd 位于同一位置。 字符串是你的结构，每个字母都是一个字段。 a 可以是 node::next。术语“指向一个结构”是“指向给定结构的第一个字节”的同义词。

例如，如果问题是，字符串abcd在这个序列中的位置：

1234abcd56789

你会说4，因为它是字符串的第一个元素所在的位置。在大多数情况下，与 C++ 相同。而a也位于4的位置。

注意：正如 NathanOlivier 所述，这仅对标准布局类型有效。