C++ 结构体对齐问题

Question

C++ 结构体对齐问题

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我有一些预定义的结构体（实际上有几个），其中变量横跨32位字边界。在Linux（以及使用GCC的Windows）中，我能够使用“attribute((packed))”使我的结构体正确地打包到正确的大小。然而，我无法通过VC++和#pragma pack以相同的方式使其工作。

使用GCC，这将返回正确的6字节大小：

struct
{
    unsigned int   a                : 3;
    unsigned int   b                : 1;
    unsigned int   c                : 15;
    unsigned int   troubleMaker     : 16;
    unsigned short padding          : 13;
} __attribute__((packed)) s;

使用VC++，这将返回不正确的大小为8个字节。

#pragma pack(push)
#pragma pack(1)

struct
{
    unsigned int   a                : 3;
    unsigned int   b                : 1;
    unsigned int   c                : 15;
    unsigned int   troubleMaker     : 16;
    unsigned short padding          : 13;
} s;

#pragma pack(pop)

我可以手动跨越边界来使“troubleMaker”正常工作，但我不想这样做。有什么建议吗？

- NJChim

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它们不仅跨越32位边界，还跨越单字节边界。要获得大小为6，变量必须从字节中间开始。我很惊讶GCC允许这样做。无论如何，如果我是你，我会放弃位域，并只使结构体包含一个6个字符（或3个shorts或其他）的数组，然后编写访问器函数来屏蔽所需的位。 - jalf

6个回答

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位域的对齐和排序因实现而异，这是众所周知的。声明一个普通整数字段并使用掩码和按位（| & ^）运算符在其中操作“位域”要更加安全。

- Paul Lalonde

足够正确。位域的行为在编译器上没有标准化。位域在小端和大端架构上的行为往往不同。位域非常适合用于内部状态，但由于此原因，在交换数据方面并不是很好。 - Adriaan

2

我不相信Visual Studio支持这种行为。除了尝试使用__declspec(align(1))宏包之外，我还尝试过其他方法，但是得到了相同的结果。我认为你只能使用12个字节或者稍微调整一下你的结构。

- JaredPar

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谢谢您的建议，但重新排序并不是一个选项，因为我的结构体来自外部标准。 - NJChim

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只包含符合规范的代码的简短示例

struct unpacked {  // apparently my other example was too long and confusing
    uint32_t a;    // ...here is a much shorter example with only the conforming
    uint32_t b;    // ...code. (The other program had the gcc-specific declaration,
    uint32_t c;    // but only for test code. Still, it was a bit long.)
    uint32_t troubleMaker;
};

struct unpacked su;
char *bits = "Lorem ipsum dolor";

void f(void) {
  uint32_t x;

  memcpy(&x, bits, 4);
  su.a = x & 7;
  su.b = x >> 3 & 1;
  su.c = x >> 4 & 0x7fff;
  memcpy(&x, bits + 2, 4);
  su.troubleMaker = x >> 3 & 0xffff;
  return 0;
}

- DigitalRoss

请将注释编辑到结构体顶部，就像这样，每行注释都注明了左侧的内容，使得一眼就能理解正在发生的事情。 - Matteo

0

我相信VC++不支持这个，而且我非常怀疑GCC在这方面的行为是否真正符合标准。

- Anton Tykhyy

1

在这两种情况下都不是标准的。标准没有指定一种打包结构体的方法。MSVC 的 pragma 和 GCC 的 attribute 都是非标准扩展。 - jalf

2

几乎所有关于位域的内容都取决于实现。 - Kragen Javier Sitaker

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扩展Kragen所说的：因此，两个编译器在这方面都符合标准。问题中声称6字节为“正确”，而8字节为“不正确”的断言违反了标准。 - Steve Jessop

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如果它绝对需要是6个字节，那么将其定义为3个short并自己获取数据...这不会减慢速度...编译器也只是这样做...

- Goz

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如果绝对必须是6个字节，请使用unsigned char[6]。 :) - sellibitze

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

- DigitalRoss · Accepted Answer

疯狂的想法: 一开始就编写遵循C99或C++03标准的程序

我建议不要使用特定于供应商的C语言扩展来匹配设备或网络位格式。即使您使用一系列每个供应商语言扩展中的一个来使字段对齐，仍然需要考虑字节顺序，并且仍然需要额外的指令来访问结构体布局。

您可以编写符合C99标准的程序，通过使用标准化的C API字符串和内存复制函数以及Posix hton和ntoh函数，在任何架构或主机上以最大速度和缓存效率运行。

一个好的实践是使用以下存在已发布标准的函数：

C99: memcpy(), Posix: htonl(), htons(), ntohl(), ntohs()

更新: 这里有一些代码应该在所有地方都可以工作。如果Microsoft 仍然没有为C99实现它，你可能需要从这个项目获取<stdint.h>，或者只是对int的大小做出通常的假设。

#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>

struct packed_with_bit_fields {  // ONLY FOR COMPARISON
    unsigned int   a        : 3;
    unsigned int   b        : 1;
    unsigned int   c        : 15;
    unsigned int   troubleMaker : 16;
    unsigned short padding  : 13;
} __attribute__((packed));       // USED ONLY TO COMPARE IMPLEMENTATIONS

struct unpacked { // THIS IS THE EXAMPLE STRUCT
    uint32_t a;
    uint32_t b;
    uint32_t c;
    uint32_t troubleMaker;
}; // NOTE NOT PACKED

struct unpacked su;
struct packed_with_bit_fields sp;
char *bits = "Lorem ipsum dolor";

int main(int ac, char **av) {
  uint32_t x;   // byte order issues ignored in both cases

  // This should work with any environment and compiler
  memcpy(&x, bits, 4);
  su.a = x & 7;
  su.b = x >> 3 & 1;
  su.c = x >> 4 & 0x7fff;
  memcpy(&x, bits + 2, 4);
  su.troubleMaker = x >> 3 & 0xffff;

  // This section works only with gcc
  memcpy(&sp, bits, 6);
  printf( sp.a == su.a
      &&  sp.b == su.b
      &&  sp.c == su.c
      &&  sp.troubleMaker == su.troubleMaker
      ? "conforming and gcc implementations match\n" : "huh?\n");
  return 0;
}