结构体成员内存布局

Question

如果我有这样的一个结构体：

struct S {
    ANY_TYPE a;
    ANY_TYPE b;
    ANY_TYPE c;
} s;

我可以安全地假设以下假设在所有平台上始终为真吗？

((char *)&s.a) < ((char *)&s.c)
((char *)&s.a + sizeof(s.a) + sizeof(s.b)) <= ((char *)&s.c)

也适用于 C++ 吗？

- airman

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在哪些ANY_TYPE不适用的示例？ - Lou Franco

你为什么想要这样做呢？结构体的目的就是为了消除这种混乱。 - Beta

Answer 1

至少在C语言中是这样的。编译器可以在任何结构成员后插入填充，但不能重新排列成员。

它也不能在第一个成员之前插入填充。

从C99开始，6.7.2.1：

13/ 在结构对象内，非位域成员和位于位域中的单元按其声明顺序递增地具有地址。指向结构对象的指针进行适当转换后，指向其初始成员（或如果该成员是位域，则指向其中所在的单元），反之亦然。结构对象内可能存在未命名的填充，但不会出现在其开头。

15/ 结构体或联合体末尾可能有未命名的填充。

- paxdiablo

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Re It must also not insert padding before the first member.: 这会导致大多数编译器不符合标准。在第一个成员之前添加vtable是实现多态性的一种非常常见的方法。 - David Hammen

首先，vtable是C++的一个实现细节，而不是C语言。其次，没有填充第一个成员之前的要求仅适用于POD（Plain Old Data）类型。带有vtable的类不是POD类型，因此允许在第一个数据成员之前有vtable指针等内容。 - Sjoerd

Answer 2

这适用于结构体，但只要引入访问限定符，C++中就会发生变化。编译器允许重新排序由访问限定符分隔的整个块。

- pmr

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这是真的吗？标准规定，成员变量按照它们在类中列出的顺序进行初始化。我认为由于这个原因它们的相对顺序不能被改变。 - Xeo

@Xeo 请看这里的例子：http://stackoverflow.com/questions/4883655/access-specifier-in-c/4883764#4883764 不幸的是，这个答案没有标准引用。我会尽力提供一些。关于初始化：初始化与内存排序无关。 - pmr

Answer 3

这在C++20中发生了变化（至少在当前草案中）：如果您使用[[no_unique_address]]注释a、b和c，并且它们恰好是空结构，则可能会使它们都具有相同的地址。

实际上，情况更为复杂 - 如果任意两个为空并带有该注释，则所有3个结构可以共享一个地址。

- Phil Willoughby

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C++20还没有正式确定，对吗？如果是这样，它随时可能会发生变化（但很可能不会）。 - S.S. Anne

Answer 4

在C++中，您可以确信这些假设将成立。在这样的结构体中，编译器不允许更改成员的顺序。

- Björn Pollex

Answer 5

是的，默认情况下，C++编译器不允许移动结构体中的元素，这使得两个语句都变得微不足道。

- orlp

Answer 6

1. 是的（只要sizeof(任何类型)不为0。一些编译器允许它，这是非标准的--请参见sizeof能返回0吗）。您可以使用<=或假设使用标准编译器。

2. 是的

在C++中也是如此。

指针比较只有在数组和结构/类内部才有意义，而不是通常情况下。

- Lou Franco