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🌻1.前言

本篇目的：C语言之探秘：访问结构体空指针与结构体空指针的地址的区别

🌻2.C语言之结构体空指针与结构体空指针的地址介绍

• 在C语言中，结构体（Struct）是一种复合数据类型，它可以包含多个不同类型的数据项。指针（Pointer）是一种特殊的数据类型，用于存储变量地址。空指针（Null Pointer）是一个不指向任何有效内存地址的特殊指针。
• 当我们谈论结构体空指针与结构体空指针的地址时，我们需要明确两个概念：结构体变量的地址和结构体指针的地址。
• 1. 结构体空指针：
• 结构体空指针是指未经初始化的结构体指针，它不指向任何有效的内存地址。在C语言中，我们可以使用malloc函数或calloc函数为结构体指针分配内存。如果没有分配内存，那么这个结构体指针就是空指针。

struct Person {
    char *name;
    int age;
};
struct Person *p = NULL; // 声明一个结构体指针，并初始化为空指针

• 在这种情况下，p是一个空指针，它不指向任何有效的内存地址。
• 2. 结构体空指针的地址：
• 结构体空指针的地址是指结构体指针变量在内存中的存储位置。在C语言中，每个变量都有一个唯一的地址。我们可以使用&操作符来获取变量的地址。

struct Person *p;
printf("%p\n", (void*)&p); // 输出结构体指针变量的地址

• 输出结果将是一个十六进制的地址值，表示p在内存中的位置。

3. 结构体空指针与结构体空指针地址的区别：

• 结构体空指针是一个不指向任何有效内存地址的特殊指针，而结构体空指针的地址是指结构体指针变量在内存中的存储位置。这两者是不同的概念，不能混淆。

struct Person *p = NULL; // 空指针
printf("%p\n", (void*)p); // 输出空指针的值，即NULL
printf("%p\n", (void*)&p); // 输出空指针变量的地址

• 输出结果将是：

(nil)
0x7ff7bfeff8ac

• 在这里，第一个输出表示空指针的值，即NULL。第二个输出表示空指针变量p在内存中的地址。
• 在C语言中，结构体空指针与结构体空指针的地址是两个不同的概念。结构体空指针是一个不指向任何有效内存地址的特殊指针，而结构体空指针的地址是指结构体指针变量在内存中的存储位置。理解这两个概念有助于避免在编程过程中出现错误。

🌻3.代码实例

🐓3.1 (frame_t *)0 等同于 frame_t *p = NULL;

#include <stddef.h>
#include <stdio.h>
//#include <stddef.h>

#undef offsetof
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
#define container_of(ptr, type, member) ({                      \
      const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);	\
      (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})

typedef struct frame {
  int num;
  char name;
  float f1;
}frame_t;

int main(void)
{
  frame_t fra, *pf;
  fra.num = 1;
  fra.name = 'M';
  fra.f1 = 1.23;

  //v1.0 (frame_t *)0用法
  printf("(frame_t *)0 = %p\n",(frame_t *)0);
  printf("(frame_t*)0->f1 = %p\n",&(((frame_t *)0)->f1));
  printf("(frame_t*)1->f1 = %p\n",&(((frame_t *)1)->f1));
  printf("(frame_t*)2->f1 = %p\n",&(((frame_t *)2)->f1));
  printf("(frame_t*)3->f1 = %p\n",&(((frame_t *)3)->f1));

  //v2.0 frame_t *p = NULL用法.
  frame_t *p = NULL;
  printf("p = %p\n",p);
  //printf("p = %ld\n",p->f1);//段错误
  printf("p = %p\n",&(p->f1));

  //v3.0
  int aa = 1;
  frame_t *q = (frame_t *)&aa;
  printf("q = %p\n",q);
  printf("q = %p\n",&(q->name));
  return 0;
}

打印：
(frame_t )0 = (nil)
(frame_t)0->f1 = 0x8
(frame_t*)1->f1 = 0x9
(frame_t*)2->f1 = 0xa
(frame_t*)3->f1 = 0xb
p = (nil)
p = 0x8
q = 0x7ffe13c1f4a4
q = 0x7ffe13c1f4a8

计算地址：
(frame_t*)0->f1 = 0x8 + 0 = 0x8 = 8
(frame_t*)1->f1 = 0x8 + 1 = 0x9 = 9
(frame_t*)2->f1 = 0x8 + 2 = 0xa = 10
(frame_t*)3->f1 = 0x8 + 3 = 0xb = 11
结论：
(frame_t*)0：等于指向0指针的偏移量 + 成员变量f1偏移量，等于8.
(frame_t*)0：等于指向1指针的偏移量 + 成员变量f1偏移量，等于9.
(frame_t*)1：等于指向2指针的偏移量 + 成员变量f1偏移量，等于10.
(frame_t*)2：等于指向3指针的偏移量 + 成员变量f1偏移量，等于11.

🐓3.2 问题一：为什么访问p->f1发生段错误？而&(p->f1)则不会？

答：
<1>.p->f1：打印指针 p 中 f1 成员的内容，但 p 是一个空指针，没有指向任何有效的内存。因此，访问 p->f1 会导致段错误。
<2>.&(p->f1) ：打印指针 p 中 f1 成员的地址，不会导致段错误，因为它没有尝试访问 f1 的内容。

🐓3.3 问题二： (frame_t *)0 和 frame_t *p = NULL;区别？

<1>.在C语言中，frame_t *p = NULL; 将指针 p 初始化为空指针，意味着 p 指向的是一个特殊的空地址，不指向任何实际的结构体对象.访问 p 所指向的对象时，通常会导致未定义行为，可能会导致程序崩溃。
<2>.而 (frame_t *)0 是一个显式地将一个整数0转换为 frame_t 结构体指针类型的操作。这实际上将该指针设置为一个特定的地址，即空指针地址。
<3>.因此，(frame_t *)0 实际上与 frame_t *p = NULL; 的作用相同，都是将指针设置为空指针。

🐓3.4 问题三： 根据打印，发现&(p->f1)打印等于8,正好是f1在frame_t中的偏移，而不是地址，为什么&(p->f1)表示的是f1成员变量在frame_t的偏移，而不是地址？

答：
<1>.在C语言中，结构体的成员在内存中是连续存储的，因此可以通过计算偏移量来获取结构体成员的地址。
&(p->f1) 中的 & 运算符表示取地址操作，它取的是 f1 成员的地址，而不是简单的偏移量。
<2>.假设 p 指向一个有效的 frame_t 结构体对象，则 &(p->f1) 将返回 f1 成员的地址。
但是，如果 p 是空指针，则 &(p->f1) 仍然会尝试计算 f1 成员的地址，因为这是一个合法的操作，但是实际上不会返回有效的地址，因为它仅仅是一个空指针的偏移量加上 f1 成员在结构体中的偏移量。