offsetofマクロの定義

Question

#define offsetof(s, mem) (size_t)&(((s *)0) -> mem)

offsetofマクロの定義を見てみますと。
やっていることは、なんとな～～くは分かるのですが・・・・

(s *)これはなんです？？？
アロー演算子が出てきているので、ポインタですよね？？
シンタックスシュガーですか？

(((s *)0) -> mem)
この部分の式について何をやっているのか詳しく教えてください。

[追記]
実験してみました。

struct d {
		int j;
		char g;
		long r;
	}a;

	printf("%p, %p, ", &(a), &(a.g));
	printf("%d\n", &(a.g) - &(a));

	struct d *v = NULL;
	// printf("%d", v ->j); segmentation fault
	printf("&(v) = %p\n", &(v));      
	printf("&(v -> j) = %p\n", &(v -> j));
	printf("&(v -> g) =%p\n", &(v -> g));

&(v) = 00C2FE5C
&(v -> j) = 00000000
&(v -> g) =00000004
こんな結果になりました。オフセットになっております。

struct d v;

printf("%p", v);
printf("%p", v.g);

結果は、
&(v) = 002EFED4
&(v.g) =002EFED8

ちゃんとアドレスが出てきます。

分からないのは、「ヌルポインタにしたときに、なんで、アドレスがオフセットに変化しているか・・・」
ということです。

Answer 1

このマクロを使用すれば、構造体「s」の中における要素「mem」のメモリ番地を知ることができます。

Comments

[strike1217]

ありがとうございます。
それは分かります。
どうして、このような記述の仕方で求めることができるか・・・ということです。

[HogeAnimalLover]

NULLポインタを（s型構造体ポインタに）キャストし、0番地にs型構造体分の構造体変数があるとみなします。この上で、この構造体変数における要素memのメモリ番地を&演算子で取得します。この構造体変数は先頭が0であるので、この計算の結果、s型構造体における要素memのメモリ番地が手に入ります。

[strike1217]

ああ～～～

「0番地にs型構造体分の構造体変数があるとみなします。」
だから、アドレスがオフセットになるのですね！！

Answer 2

(s *)は、s *型へのキャスト演算子です。

オフセットは、「メンバを指すアドレス」引く「構造体全体を指すアドレス」となりますが、0をポインタに読み替えることで、この後者を0にして、引き算を不要としています。

Comments

[strike1217]

キャストしているのは分かるのですが・・・
(* s)こうではないのですか？？
0という数字をキャストしているのは初めて見かけたんですが・・・

Answer 3

これは見た目以上に複雑な問題です。とりあえず「C言語の範囲で」説明します。
(C++言語の範囲ではさらに複雑になるので、追加で質問がなければC言語だけの説明にとどめます。)

まず、マクロという機能の意味は御存知ですね? 使用箇所で機械的に展開されます。

例えば、

struct A {int a; int b;}
...
offsetof(struct A, b)

と書くと、最終行は

(size_t)&(((struct A*)0) -> b)

として翻訳されます。括弧が多いですが1つづつ考えていきます。
まず、(struct A*)0の部分は、struct A型へのヌルポインタを作り出しています(0をポインタにキャストするとヌルポインタになる)。
次に、そのポインタを利用してメンバbにアクセスしています。構造体はヌルポインタなのに、そのメンバにアクセスするなんて物騒! そう思えるかもしれませんが、「実際にその値を利用しようとしない限り」そのようなアクセスも許容されています。今回はその外側の&記号でアドレスを求めているだけなので、bの値は利用しません。実際にアクセスできなくても、アドレスは計算できるのです。
最後に、そのアドレスに基づくポインタをsize_t型にキャストしています。ポインタから整数へのキャストは見慣れないかもしれませんが、そのポインタの値が「ヌルポインタから」どれだけ離れているかの値が、キャスト後の結果となります。結果、bのオフセットが計算されます。最初のヌルポインタ作成は、起点をヌルポインタにすることで、実体のある構造体を利用する場合に必要となる調整を省いているわけです。

以上、maisumakunさんの説明を小難しく解説しました。

Comments

[strike1217]

「(struct A*)0の部分は、struct A型へのヌルポインタを作り出しています(0をポインタにキャストするとヌルポインタになる)。」
なるほど！！
(s *) -----> (struct A *)になるのですね！
分かりやすいです。
ありがとうございます

[strike1217]

struct A *v = NULL;
printf("%p\n", &(v -> g));

これでも同じ結果が得られました。
ヌルポインタはアドレスが0になるものではないですよね？
なぜ、ヌルポインタと&でオフセットが出せるんですかね・・・・・

[majiponi]

0になるとは限らないだけで、0になることもあります。補足のコードの場合、ヌルポインタの内部表現が0で、偶然アドレスの値がオフセットに一致しているのだと思います。

[strike1217]

追記しますね。

[strike1217]

誰をベストアンサーにしようか迷いましたが、選ばせてもらいます。