sizeof(T) == sizeof(const T) and alignof(T) == alignof(const T)吗？

Question

似乎可以合理地假设T和const T是两种大小相同、对齐方式相同的类型，但在考虑一些实际系统后，它们可能是不同的。

让我解释一下：

假设您有一个具有两种类型内存的系统：RAM和Flash（只读）。RAM是8位可寻址的，而Flash仅是16位可寻址的。假设这是T：

struct T
{
  uint8_t x;
  uint16_t y;
};

在字节寻址的RAM中，该结构体长度为3个字节...但在双字节寻址的Flash中（这是const变量所在的地方），由于对齐问题，该结构体至少需要4个字节长。

所以我的问题是：

C和C++标准是否保证了const和非const类型的大小和对齐方式？

- DarthRubik

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@JonathonReinhart 因此有这个问题。 - DarthRubik

这个问题有点棘手。答案是“是的，它们必须是相同的大小”，然而，闪存并不是“常量变量所在的地方”。你可能会把许多常量值放在那里，但const并不意味着闪存。特别是，我可以将一个const int参数传递给函数调用，它将存在堆栈中，而不是闪存中。最终，我认为这样的系统违反了C内存模型，这是一种均匀的模型，因此它的行为将是编译器扩展。 - Cort Ammon

请注意，像您描述的那样的高级硬件通常配备定制的、非符合性的编译器，能够利用完整的硬件潜力，但代价是不符合标准的某些细节...因此，如果您确实需要利用Flash v RAM，仍然可以使用非符合性编译器。 - Bakuriu

@CortAmmon 我不同意你的说法“我认为这样的系统违反了C内存模型，这是同质的”。是的，C有一个抽象的同质内存模型，但C标准并不要求实现具有同质内存，只要它*表现得像就可以了。编译器解决这个问题的一种方法（以优化为代价）并表现得像它具有同质内存的方式是，使所有的T都是4个字节长，并且指向T的指针在其中有一个特殊的位，指示它是位于闪存还是RAM中。 - DarthRubik

关于内存模型，我想强调一下@DarthRubik的观点：我目前正在为一个具有14位Flash字和8位RAM字的平台编写代码。（RAM本身被分成每个128字节的银行，但每个银行只有80字节可用）。它将const数据存储在Flash中，作为一名顺从的C开发人员，我不关心它是如何存储的（尽管我知道）。只要我可以使用正常的C结构访问数据，我的代码就能按预期工作。 - pipe

Answer 1

第3.9.3节：

类型的 cv 限定或非 cv 限定版本是不同的类型；然而，它们必须具有相同的表示和对齐要求（3.11）。53

此处的 "cv-qualified" 指的是 const 和 volatile。所以答案是肯定的。

const 和 volatile 只指定对指定对象的访问的限制/属性。它们不被认为是基本类型的一部分；因此，它们不能影响类型的属性。

- Sam Varshavchik

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所以在我的例子中，sizeof(T)将被强制为4，以匹配const T？ - DarthRubik

对于C语言，除了拼写为_Alignof外，其版本为6.2.5/26（在C11中）。 - dave_thompson_085

@DarthRubik 不像Sam那样，我不确定这是正确的。编译器可以选择将对象强制存储在允许较松散的3字节对齐的内存区域中。当然，这意味着禁止在你的示例中使用闪存 - 但我认为这并不像听起来那么奇怪；我记得Arduino要求按照定义的单位对数据进行特殊序列化到/从Flash中。唯一的问题是，编译器不能分配不同的cv-qualified实例，使得上述属性有所不同。我不会急于下结论 它 必须以何种方式做到这一点。 - underscore_d

如果你使用的是avr-gcc(也就是Arduino使用的编译器)，gcc会尝试将const变量存储在flash中，但使用FLASHCONST可以保证它。 - DarthRubik

Answer 2

是的，这得到了 [basic.type.qualifier] / 1 的保证。

类型的cv限定或者非cv限定版本是不同的类型；然而，它们应该有相同的表示和对齐要求(3.11)。

- user657267

Answer 3

在字节寻址的RAM中，这个结构体的长度将会是3个字节。但是在双字节寻址的Flash中（一个常量变量可能驻留的地方），由于对齐问题，这个结构体的长度至少需要是4个字节。

然而，编译器不能推断出它只是因为这里是const，就存储在ROM中。还有很多其他的东西可以防止这种情况发生，比如mutable，或者你可以将const T动态放置在堆栈上，或手动将其放置到RAM中的堆内存中，或者其他一千种情况。你也可以有一个const T&，它可以在任何位置。

- Puppy

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这是很好的信息。记住 const 并不 保证 放置在 ROM/Flash 中，尽管通常你想要这样。 - pipe

“mutable”是相关的，因为在一个“const”对象内部的可变字段可以被修改，因此不能驻留在ROM中。 - Phil1970