结构对齐 C/C++

Posted 2023-02-21

【中文标题】结构对齐 C/C++

【英文标题】：struct alignment C/C++

【发布时间】：2013-07-24 14:02:41

【问题描述】：

在 c/c++ 中（我假设它们在这方面是相同的），如果我有以下内容：

struct S 
  T a;
  .
  .
  .
 s;

以下内容是否保证为真？

(void*)&s == (void*)&s.a;

或者换句话说，是否有任何保证在第一个成员之前没有填充？

【问题讨论】：

他们在这方面不一样

@MooingDuck：嗯，这取决于... 是什么。对于相同的结构定义，C++ 会以与 C 相同的方式对待它（C 结构始终满足 C++ standard-layout 要求）。

【参考方案1】：

在 C 中，是的，它们是相同的地址。简单明了。

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在 C++ 中，不，它们不是同一个地址。基类可以（而且我怀疑，确实）出现在所有成员之前，并且虚拟成员函数通常会在某处将隐藏数据添加到结构中。更令人困惑的是，C++ 编译器还可以随意重新排列成员，除非该类是标准布局类型（尽管我不知道任何编译器都会这样做）

最后，如果 C++ 结构由标准布局类型组成，不包含基类或虚函数，并且所有成员都具有相同的可见性，可能还有其他我忘记的限制，那么 它依赖于 C 规则，并要求第一个成员与对象本身位于同一地址。

第 9.2/7 节

标准布局类是这样的类： — 没有非标准布局类（或此类类型的数组）或引用类型的非静态数据成员， — 没有虚函数 (10.3) 和虚基类 (10.1)， — 对所有非静态数据成员具有相同的访问控制（第 11 条）， — 没有非标准布局的基类， — 要么在派生最多的类中没有非静态数据成员，并且最多有一个具有非静态数据成员的基类，要么没有具有非静态数据成员的基类，并且 — 没有与第一个非静态数据成员相同类型的基类。

第 9.2/20 节

一个指向标准布局结构对象的指针，使用 reinterpret_cast 适当地转换，指向它的初始成员（或者如果该成员是位字段，则指向它所在的单元），反之亦然。 [注意：因此，标准布局结构对象中可能存在未命名的填充，但不是在其开头，这是实现适当对齐所必需的。 ——尾注]

【讨论】：

“标准布局类”也称为POD（“plain old data type”），可以使用std::is_pod进行验证。

@marcin_j：不。POD 需要 standard-layout 和 trivial construction/copy/destruction。一个类可以有非默认的构造函数和析构函数以及其他特殊成员，并且仍然是标准布局。

感谢您的澄清，我看到可以使用 std::is_standard_layout 来验证这种比较是否正确。

“基类可以（我怀疑，确实）出现在所有成员之前”——基类在布局中的位置是未定义的；一些编译器（没有一个“主流”编译器）确实将它们放在类 iirc 的末尾。

@SeanMiddleditch：我知道它是 IB，但我听说大多数编译器将 nonvirtual 基类放在成员之前，我听说过关于放置虚拟基类。

【参考方案2】：

是的。

保证在 C 和 C++ 中的第一个结构成员之前没有填充（如果它是 POD）。

C 引用：

(C11, 6.7.2.1p15) "结构对象中可能有未命名的填充，但不是在其开头。"

C++ 引用：

(C++11, 9.2p20) “因此，标准布局结构对象中可能有未命名的填充，但不是在其开头，这是实现适当对齐所必需的”

【讨论】：

在 C++ 中，只有当它是 POD 时才能保证。

@n.m.添加了对 C++ 的引用和对 POD 的提及。谢谢

@n.m.如果什么是 POD？结构体S 或成员T?

比较 &s == &s.a 是非法的，因为 struct S* 和 T* 不是兼容的类型。但是(void*)&s == (void*)&s.a

@huseyintugrulbuyukisik 如果您的意思是在运行时移动？那就不要。 编译器可以重新排列它们，但运行时不会。没错，它不能，因为它不知道对象的位置。