类型是否可以具有除'n-byte alignment'以外的对齐要求

Is it possible for a type to have alignment requirements other than 'n-byte alignment'

本文关键字：对齐 alignment n-byte 类型 是否      更新时间：2023-10-16

例如，考虑以下内容：

假设int是4字节对齐的，long是8字节对齐的。

struct example
{
    int a;
    long b;
    int c;
};

编译器在内存中布局的明显方式是：AAAAPPPPBBBBBBCCCCPPPP，整个结构具有8字节对齐。

  • P表示填充的字节
  • A指的是
  • B表示B的一个字节
  • C表示C的一个字节

在这种情况下，sizeof（示例）为24。

但另一种方法是：AAAABBBBBBBBCCCC，整个结构具有对齐，使得起始字节的地址mod 8＝4（不确定如何更简洁地说）

在这种情况下，不需要填充，因此每个实例可以节省8个字节。

我的问题是，编译器（按照标准）可以这样做吗？他们真的这么做了吗？我经常看到以字节为单位简单地讨论对齐。

结构的对齐要求不能低于其成员的对齐要求。如果结构的一个成员是8字节对齐的，那么该结构至少需要8字节对齐。如果结构是8字节对齐的，那么在您的示例中，第二个成员将不会是8字节排列的，因为它从一个8字节对齐结构的开头偏移了四个字节，所以它不符合要求。

可能的替代方案是在结构的开头放置填充，但这是不允许的：

C++03 9.2p17

指向POD结构对象的指针（使用reinterpret_cast适当转换）指向其初始成员（…），反之亦然。[注意：因此，POD结构对象中可能有未命名的填充，但不是在其开头，这是实现正确对齐所必需的。]

另一种可能的选择是（正如您所建议的）让8字节对齐实际上意味着（(address%8)==4)（与(address%8)==0相反）。如果是这种情况，那么您的8字节对齐的long将具有相同的要求。不可能同时具有(address%8)==0和(address%8)==4对齐的类型，因为没有办法通用地分配满足这两种对齐要求的内存。由于long也有这种特殊的对齐要求，您仍然无法避免填充。

您忘记了数组。在一般情况下，您建议编译器如何确保在数组的情况下，对于每个数组元素，"起始字节mod 8=4"？

请记住，C语言要求对于任何类型为T a[N]的数组对象，以下内容都适用于真正的

sizeof a == sizeof *a * N

这意味着存在于整个数组对象a内部的任何填充都必须来自T类型的单个元素。不允许数组添加自己的填充。

换句话说，编译器不能简单地记住正确对齐各个结构对象。实际上，它必须将填充包含到结构对象中，并将该填充作为该结构对象的sizeof的一部分进行计数。

AAAABBBBBBBBCCCC是一个"不错"的对象，因为当这些对象被紧凑地存储在数组中（没有额外的填充）时，如果数组的第一个元素正确对齐，它们最终都会正确对齐。但是，例如，如果数组内存由malloc分配，您希望如何实现第一个元素的正确对齐。malloc对正在为其分配内存的类型一无所知，这意味着它无法根据您的类型的特定对齐要求调整其行为。

编译器将尝试通过添加填充来对齐每个成员。通常有一个最大对齐取决于编译器和处理器（例如，通常没有像256字节对齐这样的对齐）。这种最大对齐甚至不存在于标准中，因此编译器对齐大小为2048…的结构并非不可能

正如DyP在评论中所说，gcc可以将其打包为：

AAAA PPPP BBBB BBBB CCCC PPPP

活生生的例子。

请注意，它可以用另一种方式包装（在Ideone上用double试试，并与Stacked Crooked进行比较）。

如果不需要填充，可以使用预处理器指令：

#pragma pack

这与gcc和MSVC兼容。

有了这个，上一个例子中使用的gcc的相同版本将其打包为：

AAAA BBBB BBBB CCCC

活生生的例子。

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