C ++：获取包含成员子对象的完整对象的地址

Question

我有两个类，大致定义如下：

class Inner {
public:
  bool is_first;
};

class Outer {
public:
  char some_other_member;
  Inner first;
  Inner second;
}

我知道Inners 只存在于Outers 中，并且当且仅当相应的对象是first 成员而不是@987654327 时，相应的布尔标志才会设置为true @。

我正在寻找一种符合标准的方法来派生指向包含一些 Inner 对象的 Outer 对象的指针。当然，我可以在每个 Inner 对象中存储一个指针，但由于 Inner 类非常小，而且我有 很多 它们，这似乎是浪费内存（因此很宝贵缓存）。

显然，编译器应该知道first、second 和包含Outer 对象之间的内存偏移量。问题是：是否有一种符合标准的方式告诉编译器“获取该偏移量，从指向Inner 的指针中减去它并使其成为Outer 指针”？

我知道如果Outer 将包含Inners 作为基本子对象（例如this），我可以使用转换为void - 我非常认为成员子对象应该可以进行类似的操作？

Answer 1

你应该注意，从一个指向成员的指针中获取指向父对象的指针的问题一般不可解决。

offsetof 和强制转换仅适用于 standard layout types。在其他情况下，它是未定义的行为。

例如，对于多重虚拟继承，它会失败。在这种情况下，成员访问是通过比添加编译时间偏移更复杂的方式实现的。也许这实际上并不那么重要，因为它很少使用，但您明确要求符合标准。

Answer 2

没有一个解决方案是完全正确的，你与pointer arithmetic rules 发生了冲突。但是，有一个实现定义的解决方案，它几乎总是按照您的期望进行

auto get_outer(Inner& i)
{
    return (Inner*)(((uintptr_t)&i) - offsetof(Outer, first));
}

catch 是指针和整数类型转换是实现定义的。

Answer 3

这就是offsetof 的用途。

类似：

Outer *Inner::getOuter() {
    size_t offset = flag ? offsetof(Outer, first) : offsetof(Outer, second);
    return reinterpret_cast<Outer *>(
        reinterpret_cast<char *>(this) - offset);
}

请注意，您是 reinterpret_casting，因此您有责任知道自己在做什么。如果标志不同步，您将获得未定义的行为。

请注意，指针运算只允许在数组中使用，但 §6.9/4 ([basic.types]) 明确指出每个对象都存储在 unsigned char 这样的数组中：

T 类型对象的 对象表示 是 T 类型对象占用的 N 个unsigned char 对象的序列，其中 N 等于sizeof(T)。

在这个数组中，定义了指针算法。但你需要确保你确实在分配范围内。