在C++中，有没有一种方法可以控制结构体成员（包括位域）之间的填充？

Question

我正在处理网络数据流解析，想知道是否有办法将数据流直接映射到数据结构。

例如，我想要定义RTP协议的数据结构如下。

class RTPHeader
{
   int version:2; // The first two bits is version.
   int P:1;  // The next bits is an field P.
   int X:1;
   int CC:4;
   int M:1;
   int PT:7;
   int sequenceNumber;
   int64 timestamp;
   .....
};

并且这样使用它。

RTPHeader header;
memcpy(&header, steamData, sizeof(header));

但是由于C++编译器会在成员之间插入填充字节，有没有办法控制它，使得成员之间不加入任何填充（包括位字段成员）？

这个问题不是重复的如何消除结构体数据成员之间的填充字节，因为我的示例中可能有位字段。

- ZijingWu

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我相信没有标准的方法来做到这一点，但你的编译器可能有一些扩展（例如VS），可以让你控制填充。我希望有人能证明我是错误的。 - Cassio Neri

位域的长度加起来是8的倍数（毫不意外）。如果你指示编译器对类/结构体进行紧凑排列，那么应该没问题。 - Martin James

在位域之间不会添加填充，否则就没有使用位域的意义了。你认同吗？ - Jonathan Potter

如果位域字段的总位数不是8的倍数，编译器将会进行填充，而不会在字节边界上切割后续的整数等内容。 - Martin James

@MartinJames 和 JonathanPotter，看起来即使位域加起来是8的倍数，也可以在它们之间添加填充：http://ideone.com/ipIcjH（但这里是因为两个连续成员无法适应单个U32）。 - gx_

Answer 1

如果您能使用C++11，您可以利用使用alignof运算符实现的对齐控制。

如果您不能使用C++11编译器，有一些非标准的替代方法可以帮助您；在GCC中，使用__attribute__(packed)，而在MSVC中，则使用#pragma pack。

如果您选择了GCC变体，则该属性必须放置在结构的末尾。

class RTPHeader
{
    int version:2; // The first two bits is version.
    int P:1;  // The next bits is an field P.
    int X:1;
    int CC:4;
    int M:1;
    int PT:7;
    int sequenceNumber;
    int64 timestamp;
    .....
} __attribute__((packed)) ; // attribute here!

如果你选择的是MSVC，那么#pragma必须放在结构体之前：

#pragma pack(1) // pragma here!
class RTPHeader
{
    int version:2; // The first two bits is version.
    int P:1;  // The next bits is an field P.
    int X:1;
    int CC:4;
    int M:1;
    int PT:7;
    int sequenceNumber;
    int64 timestamp;
    .....
};

如果您的代码必须在两个平台上编译，那么唯一的方法（没有C++11 alignof运算符）就是条件编译：

#ifdef MSVC
#pragma pack(1)
#endif
class RTPHeader
{
    int version:2; // The first two bits is version.
    int P:1;  // The next bits is an field P.
    int X:1;
    int CC:4;
    int M:1;
    int PT:7;
    int sequenceNumber;
    int64 timestamp;
    .....
#ifdef GCC
}__attribute__((packed));
#else
};
#endif

- PaperBirdMaster

Answer 2

为避免插入填充字节，您可以使用以下方法：

#pragma pack(push,n)   // use n = 1 to have 1 Byte resolution

typedef struct {...}MY_STRUCT;

#pragma pack(pop)

这对我来说很有效。

另外考虑结构成员对齐的编译选项。

/Zp1

但请记住，这将对您的整个项目产生影响。

- fiscblog

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然而，这是一个依赖于平台的编译器扩展（即使gcc和VS使用相同的语法，也不确定）。而且命令行选项绝对是只有VS才有的。 - Christian Rau

Answer 3

只要您没有要求此代码在任意机器上“运行” - 例如，有限制int所占字节边界的机器（通常为4个字节边界），那么使用它就可以了。

 #pragma(pack)

这应该可以工作，而且GCC也支持，还有微软和“与微软插件兼容”的编译器（例如英特尔的编译器）。

但请注意，并非所有处理器都支持未对齐访问，因此以16位值开头，后跟32位int的块可能会导致问题。

我还会使用大小整数来确保sequencenumber在每个编译器中都是32位，而不会突然变成16位或64位。

还要注意，C++标准没有规定位域中位的存储顺序 - 或者说它们之间是否有间隙。虽然您可以期望按字节顺序存储位域（小端机器从最低位开始，大端机器从最高位开始），但标准在这方面没有说明任何内容。

- Mats Petersson

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我将标记此帖子为答案，因为它不仅回答了问题，还指出了位域存储在C++中未定义以及小端问题。实际上，在考虑了端问题之后，我不想选择这种解决方案来解析流。 - ZijingWu