C struct 打包有啥保证吗？

Posted 2023-02-18

【中文标题】C struct 打包有啥保证吗？

【英文标题】：Are there any guarantees about C struct packing?C struct 打包有什么保证吗？

【发布时间】：2018-05-19 15:44:02

【问题描述】：

是否有任何保证在 C 中打包结构？

举个例子，假设sizeof(double) == 8，是否保证sizeof(struct double x, y; ) == 16？

我知道这个问题背后的意图与严格的别名规则相冲突，因此假设严格别名被禁用，例如在 gcc 的情况下使用-fno-strict-aliasing。

为了避免任何进一步的猜测：目的是了解结构与其显式打包的对应物的兼容性。请注意，即使在以下情况下，别名也是相关的：Are C-structs with the same members types guaranteed to have the same layout in memory? 。不用担心我想访问单个字节。

【问题讨论】：

您的问题不包含任何别名。我害怕看到你打算如何添加它，因为你提出来了。

我知道的唯一保证是第一个成员之前没有填充。如果只有 1 个成员，则应该没有填充，所以 sizeof(struct double x[2]; ) == 2 * sizeof(double) 应该保持。

@StoryTeller 我怀疑他计划通过一些别名方法访问结构的字节，如果他知道如何打包的话。

这是XY problem?

@mch 我不确定你的第二点是否成立。考虑到指向不同数据类型的指针可以有不同的大小和对齐限制，但所有指向结构和联合类型的指针都具有相同的大小和对齐要求。因此，例如char * 可能比struct char * 大，在这种情况下，结构可能需要比_Alignof(char) 更大的对齐。

【参考方案1】：

C 标准关于结构打包的唯一说明是struct 的开头可能不存在填充。它不保证字段之间或末尾的填充。

C standard 的第 6.7.2.1 节对结构进行了如下说明：

15 在结构对象中，非位域成员和位域所在的单元的地址在 声明它们的顺序。指向结构对象的指针， 适当转换，指向其初始成员（或者如果该成员是 一个位域，然后到它所在的单元），反之亦然。 结构对象中可能有未命名的填充，但不是 开始。

...

17 结构或联合的末尾可能有未命名的填充。

话虽如此，大多数实现往往与结构的打包方式相当一致。非结构变量n 字节大小（或数组这样的变量）将倾向于从n 字节边界开始。结构中的结构将倾向于根据其子字段的对齐方式进行对齐。

The Lost Art of C Structure Packing 对此进行了更详细的介绍。

【讨论】：

除此之外，还有一种有趣的序列化方法，称为 Cap'n Proto，旨在使结构打包在不同的机器、操作系统等之间得到控制和一致。消息（结构）内容由一个模式并由 Cap'n Proto 的工具和库实现，序列化被简化为处理字节顺序，它为你做了：所以它非常非常快。有很多值得推荐的地方。