结构体中的填充

Question

结构体中的填充

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 struct A   -->8 bytes
 {
    char c;
    char d;
 //2 padding here
    int i;
 };
 struct B  -->12 bytes
 {
     char c;
 //3 padding here
    int i;
    char d;
 //3 padding here
 };

现在，我不理解以下示例：

 typedef struct {  -->**shouldn't it be 12 bytes**
    int a;
    char *str;
 } TestS;

 TestS s;

int main(int argc, char *argv[]) {

   printf("An int is %lu bytes\n", sizeof( int )); -->4
   printf("A Char * is %lu bytes\n", sizeof( char *)); -->8
   printf("A double is %lu bytes\n", sizeof( double )); -->8

   printf("A struct is %lu bytes\n", sizeof s); -->why 16?

   return 0;

 }

起初我认为可能是对齐到8*N字节（因为我使用的是ubuntu-64），所以我尝试了更多的结构体。

  typedef struct {
   int i;
   char *str;
  } stru_12;


  typedef struct {
    int i;
    char *str;
    char c;
  } stru_13;

 typedef struct {
    int i;
    char str[7];
 } stru_11;

 typedef struct {
   char *str;
   double d;
 } stru_16;

  stru_12 test12;
  stru_13 test13;
  stru_11 test11;
  stru_16 test16;

int main (int argc, char *argv[]) {
    printf("A test12 is %lu bytes, address is %p\n", sizeof test12, &test12);
    printf("A test13 is %lu bytes, address is %p\n", sizeof test13, &test13);
    printf("A test11 is %lu bytes, address is %p\n", sizeof test11, &test11);
    printf("A test16 is %lu bytes, address is %p\n", sizeof test16, &test16);
}

结果:

test12是16字节，地址为0x601060

test13是24字节，地址为0x601090

test11是12字节，地址为0x601080

test16是16字节，地址为0x601070

很抱歉这么长。

我的问题是：

为什么test12（int + char *）是16字节，而test13（int + char * + char）是24字节？（似乎偏爱 8 * N ，但允许12字节）
为什么结构的地址差异是16个寻址单元（更多填充？）？

供您参考：

缓存对齐：64

地址大小：36位物理，48位虚拟

Ubuntu 14.04.1 LTS x86_64

- Tony

1

这段代码非常杂乱无章。你能否删除所有的typedef和变量，改用sizeof(struct stru_12)等方式？这样可以减少视觉干扰。 - Kerrek SB

谢谢您的建议，但我需要地址。有什么解决办法吗？ - Tony

1

24 == 8*3。8 是对齐单位，而不是12。地址之间的差异是没有意义的，除非它们是同一数组元素的地址。 - n. m.

1

@Tony，通常每个成员应该适当对齐，这样整个结构体对象才能在数组中使用。 - Eric Z

@Tony：地址相对无关紧要，所以我建议你不必在意它，但如果你想保留它，那也没问题。这是你的决定。（当然也是你的问题！） - Kerrek SB

2个回答

3

指针必须正确地对齐才能被CPU使用。

在C/C++中，结构体必须在数组中工作，因此在这方面，结构体的末尾会填充空白。

struct A
{
    char a;
    // 7 bytes of padding
    char *p;
    char b;
    // 7 bytes of padding
};

A array[3];  // the last padding is important to do this

在这样的结构中，必须对p进行对齐，以便处理器可以读取指针而不会生成错误（32位INTEL处理器可以设置为在非对齐数据上没有错误，但那不是一个好主意：它会更慢，而且通常会跳过是错误的漏洞。64位处理器在这个领域有更多的限制。）

所以既然你使用的是64位，指针是8字节，指针之前的对齐必须是8的倍数。

同样，结构体的总大小必须是结构体中最大类型的倍数，这里是8，因此会在末尾填充到下一个8字节。

其实只有两种情况需要关注这个问题：（1）创建一个要保存在文件中的结构体和（2）创建一个将大量分配的结构体。在其他情况下，不必担心这个问题。

- Alexis Wilke

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可以查看英文原文，
原文链接

- WhozCraig · Accepted Answer

第二个问题是实现定义（实际上，第一个也是，但我将向您展示为什么您无论如何都会得到您获得的间距）。您的平台显然是64位，因此您的数据指针也是如此（64位）。有了这个前提，我们来看一下结构体。

stru_12

typedef struct 
{
   int i;
   char *str;
} stru_12;

这样对齐可以确保str总是在8字节边界上，即使在连续的序列（数组）中也是如此。为了做到这一点，在i和str之间引入了4个字节的填充。

0x0000 i    - length=4
0x0004 pad  - length=4
0x0008 ptr  - length=8
======================
Total               16

这些的数组始终会在8字节边界上具有ptr，前提是该数组从该位置开始（它将会这样）。由于在i和str之间添加填充也使结构大小成为8的倍数，因此除此之外不需要额外的填充。

stru_13

现在，考虑如何使用以下内容实现同样的效果：

typedef struct 
{
    int i;
    char *str;
    char c;
} stru_13;

相同的填充将应用于和str之间，以再次将str放置在8字节边界上，但c的添加使事情变得复杂。为了实现指针始终驻留在8字节边界上（包括这些结构的序列/数组），结构需要尾部填充，但需要多少呢？嗯，我希望显而易见的是，整个结构大小需要是8的倍数，以确保任何嵌入式指针（它们也是8的倍数）被正确对齐。在这种情况下，添加7个字节的尾部填充，使大小达到24字节：
0x0000 i - length=4 0x0004 pad - length=4 0x0008 ptr - length=8 0x0010 c - length=1 0x0011 pad - length=7 ====================== Total 24

stru_13（第二部分）

尝试这个。你认为我们之前有的相同字段，但是以不同的顺序排序，会产生什么结果：

typedef struct { char *str; int i; char c; } stru_13;

我们知道想要在8字节边界上使用str，在4字节边界上使用i，而对于c（总是作为伴娘），我们其实并不太关心：

0x0000 ptr - length=8 0x0008 i - length=4 0x000c c - length=1 0x000d pad - length=3 ====================== Total 16

运行测试程序，你会看到它与我们上面展示的一样。它被压缩为16字节。我们所做的只是将顺序改为更加友好的空间布局，仍然支持我们的要求，并将默认表示减少了8个字节（相对于之前布局的原始结构的三分之一）。说这是从所有这些中带走的重要事情是低估了它。