只有一个元素的结构体大小

Question

假设有

struct S {
  SomeType single_element_in_the_struct;
};

它总是正确的吗？

sizeof(struct S) == sizeof(SomeType)

或者这可能取决于具体的实现？

- user396672

Answer 1

通常情况下是这样的，但不能保证。

任何结构体都可能在其末尾有未命名填充字节（unnamed padding bytes），但这些通常用于对齐目的。如果只有一个元素，则这不是一个问题。

- James McNellis

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如果您只有一个元素，这不是一个问题。实际上，出于对齐和性能的考虑，在结构体中处理单个元素仍可能存在填充。例如，在32位系统上使用char array[6]时，可能会填充2个额外字节以成为4字节（32位）的整数倍。 - mctylr

@mctylr：如果这种行为是典型的，我会有点惊讶。数组元素之间不能有填充，因此char [6]的大小为六个字节，而char [6] [2]的大小为12个字节。我不认为与其包含的类型char [6]对齐的类型struct S { char c [6]; };的益处在于此。 - James McNellis

我是指将其视为 struct S = {char array[6]; char pad[2];}。由于32位CPU无论如何都会访问8个字节，如果struct S本身在第二个数组struct S aS[]中，则数组的元素将对齐到对齐边界上。我不认为这很常见，但有可能发生。我曾经看到人们在直接通过fwrite / write将结构体写入二进制文件或网络套接字时假设没有这样的填充，这可能会导致错误。 - mctylr

附加情况：考虑一个字寻址的机器，其中sizeof(char*) > sizeof(int*)。（char指针必须有额外的位来选择一个字。）标准保证所有指向结构体的指针具有相同的大小，因此结构体通常始终是字对齐的（您可以选择说所有结构体指针都不对齐，但在这种机器上通常不是这样选择的）。如果所有结构体都是字对齐的，则sizeof(struct S { char a;})将大于sizeof(char)。 - Martin Bonner supports Monica

Answer 2

由于结构体填充，大小不一定相等。

C99标准的第6.7.2.1节规定：“结构体对象内可能存在无名填充，但在其开头不能有填充。”

这被称为结构体填充。为了确保结构体在内存中正确对齐，可能会添加填充。如果更改结构体成员的顺序，结构体的确切大小可能会发生变化。

- Silfverstrom

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或者，两段之后，“结构体或联合体的末尾可能存在未命名填充”。 - James McNellis

这并不是特别有用，因为OP标记了C++和C两种语言。 - Puppy

如果结构体中只有一个成员，填充是否起作用呢？这是OP的问题，到目前为止我在n1256中没有找到明确的答案。例如，根据gcc的规定，包含一个只有三个元素的char数组的单一结构体的大小为3；没有填充。在数组后添加一个int，数组的大小变为8，因此元素之间有一个字节的填充。 - John Bode

Answer 3

这取决于编译器的打包方式。通常，结构的大小可被系统的字长整除（例如，4字节==32位）。

因此，您经常会有 sizeof(struct S) > sizeof(SomeType)

对于大多数编译器，您可以使用编译器指示修改打包大小。 如果您设置 #pragma pack(1) 那么大小应该相等。

- SebastianK

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通常情况下，它不依赖于打包。结构的对齐通常被计算为结构成员的最强对齐方式。如果所有成员都是字符，则在大多数情况下对齐将为1（无论默认打包如何）。 - user396672