C++头文件封装cstdbool cstddef

桑榆晚 2022-09-29 我要评论

引言

cstdbool是C++对stdbool.h头文件的封装，里面定义了与bool变量相关的宏；

cstddef是C++对stddef.h头文件的封装，里面定义一些特殊类型（如size_t），有用的宏函数（offsetof）。

平时我们都是使用这些宏或者宏函数，对于它们的原理还不是很清楚，是怎么实现这些功能的呢？接下来我们就一一来看一看源码实现。

stdbool.h

cstdbool实现

代码参考：www.aospxref.com/android-13.…

在cstdbool文件中的逻辑很简单，解除__bool_true_false_are_defined的定义，然后将其定义为1，标识bool，true，false都已经被C++定义了。

 #include <__config>
 #if !defined(_LIBCPP_HAS_NO_PRAGMA_SYSTEM_HEADER)
 #pragma GCC system_header
 #endif
 #undef __bool_true_false_are_defined
 #define __bool_true_false_are_defined 1

C语言的原生实现stdbool.h

参考代码：www.aospxref.com/android-13.… 在该文件中，如果当前不是C++环境，那么我们将bool/true/false都进行定义，同时将__bool_true_false_are_defined定义为1，以便后续使用。

 #ifndef __cplusplus
 #define true 1
 #define false 0
 #define bool _Bool
  #endif
  #define __bool_true_false_are_defined 1

小结

stdbool.h实际上是为了解决C/C++的兼容问题出现的。

stddef.h

代码参考：www.aospxref.com/android-13.…

常量NULL的定义

从这里可以看出，实际上NULL有三种实现方式，0L,((void*)0)都是我们在C语言中常用的方式，其中的nullptr是C++定义的内部类型，能够做到对很多情况的适配，不是一个单独的基本类型。

 #if __cplusplus >= 201103L
 #define NULL nullptr
 #elif defined(__cplusplus)
 #define NULL 0L
 #else
 #define NULL ((void*)0)
 #endif

类型的定义

其中定义了如下的类型：

ptrdiff_t---保存指针减法的结果
size_t---无符号整数，表示类型占据的size大小
max_align_t---最大默认对齐的类型
nullptr_t---C++中的空指针类型参考代码：www.aospxref.com/android-13.…

x86_64的相关实现如下： ptrdiff_t使用long定义，指针减法，实际上是64位数的减法，long足够表示； size_t使用long表示； max_align_t定义为拥有long long数据和long double数据的结构体； nullptr_t定义为nullptr的类型。

 #define _Addr long
  #if defined(__NEED_ptrdiff_t) && !defined(__DEFINED_ptrdiff_t)
  typedef _Addr ptrdiff_t;
  #define __DEFINED_ptrdiff_t
  #endif
  #if defined(__NEED_size_t) && !defined(__DEFINED_size_t)
  typedef unsigned _Addr size_t;
  #define __DEFINED_size_t
  #endif
  #if defined(__NEED_max_align_t) && !defined(__DEFINED_max_align_t)
  typedef struct { long long __ll; long double __ld; } max_align_t;
  #define __DEFINED_max_align_t
  #endif
typedef decltype(nullptr) nullptr_t;

offsetof宏

offsetof (type,member)接受两个参数，类型和成员名，返回该成员的偏移地址。

听上去这个实现起来很简单，我们来看看这个精巧的宏是如何设计的。

  #if __GNUC__ > 3
  #define offsetof(type, member) __builtin_offsetof(type, member)
  #else
  #define offsetof(type, member) ((size_t)( (char *)&(((type *)0)->member) - (char *)0 ))
  #endif

不考虑使用内建函数实现的方式，我们来看看第二种方式，这是一个比较复杂的宏，让我们来一步步拆开它，并体会其中的精妙：

((size_t)( (char *)&(((type *)0)->member) - (char *)0 ))

第一步：返回值类型强转为size_t，规范为byte数，也即是偏移量；

(char *)&(((type *)0)->member) - (char *)0

第二步：char*指针转换然后做减法，得到byte数的差值；

第三步：((type )0)->member这里使用了0指针强转为type指针，然后指向成员member,此时这个变量的地址相当于0+member偏移，然后取地址，指针转换为char*后做减法

这个方法的好处在于，只使用了0指针，没有通过其它变量的构造，很简单地找到了偏移地址，而且这个过程中做的每一步类型转换都是必要的。具体细节读者可以再品味一下，这也是我们阅读源码的收获。