Question

考虑以下简单结构：

struct A
{
    float data[16];
};

我的问题是：

假定平台float是32位IEEE754浮点数（如果很重要），使用C ++标准保证struct A的预期内存布局？如果没有，它能保证什么和/或什么是强制执行保证的方式？

通过期望的内存布局，我的意思是该结构占用了内存中的16*4=64个字节，每个连续的4个字节由单个float占据。 data数组。换句话说，预期的内存布局意味着以下测试通过：

static_assert(sizeof(A) == 16 * sizeof(float));
static_assert(offsetof(A, data[0]) == 0 * sizeof(float));
static_assert(offsetof(A, data[1]) == 1 * sizeof(float));
...
static_assert(offsetof(A, data[15]) == 15 * sizeof(float));

（offsetof是合法的，因为A是标准布局，请参见下文）

以防万一，请在gcc 9 HEAD的wandbox上测试actually passes。我从未遇到过平台和编译器的结合，它们会提供证据证明该测试可能会失败，并且我很想了解它们的存在。

为什么还要关心：

类似SSE的优化需要某些内存布局（和对齐方式，我可以在此问题中忽略它，因为可以使用标准alignas说明符来处理它）。
对这种结构进行序列化可以简单地归结为一个美观且可移植的write_bytes(&x, sizeof(A))。
某些API（例如OpenGL，特别是glUniformMatrix4fv）期望使用这种确切的内存布局。当然，可以只将指针传递到data数组以传递该类型的单个对象，但是对于其中的一系列对象（例如，用于上传矩阵类型的顶点属性），仍然需要特定的内存布局。

实际上可以保证的是

据我所知，这些是struct A可以预期的：

是standard layout
作为标准布局的结果，指向A的指针可以reinterpret_cast指向其第一个数据成员（大概是data[0]？）的指针，即第一个成员之前之前没有填充。

根据标准，不是（据我所知）剩下的两个保证是：

原始类型数组的元素之间没有填充（我确信这是错误的，但是我找不到可确认的引用），< / li>
data中的struct A数组后没有填充。

Answer 1

不能保证布局的一件事是字节顺序，即多字节对象中字节的顺序。 write_bytes(&x, sizeof(A))不是跨不同字节序的系统的可移植序列化。

A可以reinterpret_cast指向它的第一个数据成员的指针（大概是data[0]吗？）

更正：第一个数据成员是data，您可以使用其重新解释演员。至关重要的是，数组不能与第一个元素进行指针互换，因此您不能重新解释它们之间的强制转换。但是，地址肯定是相同的，据我所知，在data[0]之后重新解释为std::launder应该没问题。

原始类型数组的元素之间没有填充

保证数组是连续的。根据将元素放置到数组所需的填充来指定对象的sizeof。 sizeof(T[10])的大小恰好为sizeof(T * 10)。如果相邻元素的非填充位之间存在填充，则该填充位于元素本身的末尾。

原始类型通常不能保证没有填充。例如，x86扩展精度long double是80位，填充为128位。

char，signed char和unsigned char确保没有填充位。 C标准（在这种情况下，C ++为其指定规范）保证固定宽度intN_t和uintN_t别名没有填充位。在不可能的系统上，不提供这些固定宽度类型。

Answer 2

如果标准布局类对象具有任何非静态数据成员，则其地址与其第一个非静态数据成员的地址相同。否则，其地址与其一垒的地址相同类子对象（如果有）。 [注意：因此，为了实现适当的对齐，在标准布局结构对象中可能会存在未命名的填充，但在其开始处不会存在。 —尾注]

因此，标准保证了

static_assert(offsetof(A, data[0]) == 0 * sizeof(float));

一个数组类型的对象包含一个连续分配的非空对象 N个类型为T的子对象的集合。

因此，以下是正确的

static_assert(offsetof(A, data[0]) == 0 * sizeof(float));
static_assert(offsetof(A, data[1]) == 1 * sizeof(float));
...
static_assert(offsetof(A, data[15]) == 15 * sizeof(float));

具有原始类型的单个数组成员的标准布局结构的保证的内存布局

我的问题是：

为什么还要关心：

实际上可以保证的是

2 个答案: