通过指针偏移访问结构变量值

Question

我有一个看起来像这样的结构：

#pragma pack(1)
typedef struct WHEATHER_STRUCT {
    uint8_t packetID; // Value 9
    uint16_t packetSize; // Value 7
    float cloudLayerAltitude; // Value 25000
} Wheather_Struct

此结构已正确初始化。由于算法的设计，我需要通过指针偏移来读取这三个属性值。我感谢声明一个数组，该数组具有这些属性的字节大小。就像：

int sizeOfStructAttributes = {1, 2, 4};

最后要访问这些值，请执行以下操作：

pointer = (*this->wheather_struct->packetID)
for (i=0; i<sizeof(sizeOfStructAttributes); i++)
    cout << &pointer << ' ';
    pointer = pointer + sizeOfStructAttributes[i];

预期结果：

9 7 25000

你能帮帮我吗？

Answer 1

您的代码有很多问题，我将尝试全部解决：

1- 您的结构具有填充值，这取决于您所针对的体系结构，可能在第一个成员 (packetID) 之后 3 或 7 个字节，这取决于体系结构和编译器。

2- 你以错误的方式初始化指针，应该是：

pointer = &(this->wheather_struct->packetID);

3- cout 应该是：

cout << *((datatype*)pointer) << ' '; 
//datatype should be different in each loop iteration of course.

4- 如果您正在创建此 strcutrue 的数组，我不确定您是否会遇到填充问题。在极少数情况下，当您使用不同的打包和填充时，由于您的代码与使用不同编译器指令编译的其他库混合，甚至在编译期间使用#pragma 修改编译器的行为。

最后我确信根本不需要用指针枚举结构成员。

我鼓励您阅读有关 struct padding 和 packing 的内容，好的起点是关于 SO 的这个问题： Structure padding and packing

Answer 2

可以肯定的是，您将无法手动编写这些偏移量。这绝对不是一种稳定的处理方式，因为您的编译器可能会进行优化，例如aligning your struct members。

你可以这样做：

Wheather_Struct w;
long offsetsOfStructAttributes[3] = {0, 
                                     (char*)&w.packetSize - (char*)&w.packetID, 
                                     (char*)&w.cloudLayerAltitude - (char*)&w.packetID};

注意这是大小的字节差异。

已经告诉你如何做到这一点，我不得不说就像人们在 cmets 中所说的那样，请找到另一种方法来做到这一点。这是不安全的，除非你完全知道自己在做什么。

Answer 3

您的错误是您假设该类在成员之间没有填充。但是必须有填充才能满足成员的对齐要求。因此，偏移量不是您所假设的。

要获取类成员的偏移量，您可以使用标准库提供的offsetof 宏。也就是说，在不知道您需要它的情况下，我仍然怀疑它是否合适。请注意，offsetof 仅在您的类是标准布局类时才有效。否则行为将是未定义的。您的示例 WHEATHER_STRUCT 是标准布局。

cout << &pointer << ' ';

这样的东西不可能有你期望的输出。您获取指针的地址，它不可能给您想要的指向对象的值。

获取指向值的方法是间接运算符。但是，间接运算符只有在指针类型正确时才能正常工作（float* 用于浮点成员，uint16_t* 用于 uint16_t 成员......）但它不能是正确类型，因为它必须是指向字节的指针让指针算法与偏移量一起工作。

除了偏移量之外，您还需要知道变量的类型才能解释值。您可以将类型存储在某种结构中。但是您不能将指针转换为在运行时确定的类型，因此您需要一些运行时流结构，例如 switch 或用于转换的跳转表。

Answer 4

您最好不要使用指针破解：有一天底层内存布局将被更改，您的程序可能会损坏它。 尝试模拟元数据。

enum WheatherStructFields
{
    wsfPacketID,
    wsfPacketSize,
    wsfCloudLayerAltitude,
    wsfNone
};

typedef struct WHEATHER_STRUCT
{
    uint8_t packetID;
    uint16_t packetSize;
    float cloudLayerAltitude;
    void OutFieldValue(std::ostream& os, WheatherStructFields whatField)
    {
        switch (whatField)
        {
        case wsfPacketID:
            os << (int)packetID;
            break;
        case wsfPacketSize:
            os << packetSize;
            break;
        case wsfCloudLayerAltitude:
            os << cloudLayerAltitude;
            break;
        default:
            os << "Unsupported field: " << whatField;
        }
    }
} Wheather_Struct;


int main()
{
    Wheather_Struct weather = { 9, 7, 25000 };
    for (WheatherStructFields whatField = wsfPacketID; whatField < wsfNone; 
        whatField = (WheatherStructFields)((int)whatField + 1))
    {
        weather.OutFieldValue(std::cout, whatField);
        std::cout << " ";
    }
}

Answer 5

你的方法有两个问题：

首先，它要求您选择正确的尺寸。使用sizeof 来做到这一点。所以你的数组看起来像：

size_t sizeOfStructAttributes = {sizeof(wheather_struct::packet_id),
                               sizeof(wheather_struct::packet_size),
                               sizeof(wheather_struct::cloudLayerAltitude) };

第二个（更严重的）问题是您不允许在结构中进行填充。几乎所有编译器都会（除非特别指示）在 packet_id 和 packet_size 之间插入一个填充字节，以便一切都很好地对齐。幸运的是，也有解决方案 - 使用 offsetof 宏（在 stddef.h 中定义）：

size_t offsetOfStructAttributes = {offsetof(wheather_struct, packet_id),
                                 offsetof(wheather_struct, packet_size),
                                 offsetof(wheather_struct, cloudLayerAltitude) };

然后代码变成：

for (size_t offset: offsetsOfStructAttributes) {
    pointer = &(this->wheather_struct->packetID) + offset
    cout << pointer << ' ';
}

实际上：上面的代码解决了您的代码的第三个问题：sizeof() 返回以字节为单位的大小，这不太可能是元素计数。

最后，您的变量有一个错字：气象学关注的是天气是否会好。您混淆了这两个词，我很确定您的意思是“天气”。