Rust中的结构体填充规则

Question

Rust中的结构体填充规则

6

最近我在学习Rust中的类型布局时，发现Rust中的结构体支持#[repr(C)]指令，因此我想看看默认（Rust）表示和类C表示之间的区别。下面是代码：

use type_layout::TypeLayout;

#[derive(TypeLayout)]
struct ACG1 {
    time1: u16, // 2
    time2: u16, // 2
    upper: u32, // 4
    lower: u16, // 2
}

#[derive(TypeLayout)]
#[repr(C)]
struct ACG2 {
    time1: u16, // 2
    time2: u16, // 2
    upper: u32, // 4
    lower: u16, // 2
}

fn main() {
    println!("ACG1: {}", ACG1::type_layout());
    println!("ACG2: {}", ACG2::type_layout());
}

我得到以下输出：

我理解如何填充#[repr(C)]结构体以及整个结构体的大小的规则，但让我困惑的是Rust表示结构体ACG1。我找不到有关Rust填充规则的清晰文档，我认为填充大小也应包括在结构体的总大小中，但为什么ACG1的大小只有12个字节？

顺便说一下，这是我用来协助打印结构布局的crate：type-layout 0.2.0

- hxb1996

1

可能是与 crate 有关的问题？这有点令人困惑，因为 crate 的 readme 上说：“此 crate 可用于非 #[repr(C)] 类型，但它们的布局是不可预测的。”，但 crate 的作者在他的 repo 上有一个未解决的问题（https://github.com/LPGhatguy/type-layout/issues/4），其中指出：“今天的 crate 实际上不能用于非 repr(C) 类型。” - Herohtar

1

在幕后，大小只是通过调用std::mem::size_of::<Type>()来初始化的，而std::mem::size_of::<ACG1>()确实返回12。请参见此处以了解如何计算结构体的大小。 - Herohtar

2个回答

4

就像其他人所说的，这似乎是在创建时出现了问题。最好向编译器询问：

cargo clean
cargo rustc -- -Zprint-type-sizes

这将为您提供：

...
print-type-size type: `ACG1`: 12 bytes, alignment: 4 bytes
print-type-size     field `.upper`: 4 bytes
print-type-size     field `.time1`: 2 bytes
print-type-size     field `.time2`: 2 bytes
print-type-size     field `.lower`: 2 bytes
print-type-size     end padding: 2 bytes
print-type-size type: `ACG2`: 12 bytes, alignment: 4 bytes
print-type-size     field `.time1`: 2 bytes
print-type-size     field `.time2`: 2 bytes
print-type-size     field `.upper`: 4 bytes
print-type-size     field `.lower`: 2 bytes
print-type-size     end padding: 2 bytes

- maxy

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- kmdreko · Accepted Answer

这个 crate 似乎没有考虑到字段重排。看起来编译器对结构体进行了重新排序，将 upper 放在了首位：

struct ACG1 {
    upper: u32,
    time1: u16,
    time2: u16,
    lower: u16,
}

有点难以看清，但是派生宏实现会检查字段按照声明的顺序之间的差异。因此在这个意义上，结构体开头和第一个字段(time1)之间有四个字节的"填充"，第三个字段(upper)和第四个字段(lower)之间有四个字节的"填充"。

有一份问题记录表明，它不适用于非#[repr(C)]结构体，因此我不建议为此目的使用该包。

就Rust规则而言，参考文献说："[默认]表示并没有对数据布局做出任何保证。" 因此理论上，编译器可以根据访问模式对字段进行重排序。但实际上，我认为它并不那么复杂，按字段大小排序是最简单的最小化填充的方法。