Question

除了使用pragma pack aur位字段外，我们如何才能避免C中的结构填充？还有其他方法吗？

Answer 1

在结构的开头包装最大的物品。最后包装较小的物品。

struct optimal_packing
{
     double d;
     int    i[4];
     short  j[3];
     char   s[24];
};

为了更准确一些，最需要最严格的对齐要求的项目（通常是指针和double或者long double），以及那些不那么严格的项目最后的对齐要求（short和char）。如果组件的总长度加起来（例如35个字节），您仍然可以最终得到尾部填充，但其中一种类型需要8字节对齐;有5个字节的填充。

Answer 2

避免结构填充的唯一完全可移植且可靠的方法是不使用struct中的真实成员。使用单个char数组成员，并定义访问其内容的宏：

struct paddingless {
    // char *p;
    // double d;
    // char c;

#define OFFSET_P 0
#define OFFSET_D (OFFSET_P + sizeof(char *))
#define OFFSET_C (OFFSET_D + sizeof(double))    
#define OFFSET_END (OFFSET_C + sizeof(char))    

    char data[OFFSET_END];
};

便携式getter和setter看起来像这样：

inline double paddingless_get_d(const struct paddingless *o) {
    double val;
    memcpy(&val, o->data + OFFSET_D, sizeof(val));
    return val;
}
inline void paddingless_set_d(struct paddingless *o, double val) {
    memcpy(o->data + OFFSET_D, &val, sizeof(val));
}

如果您知道您的体系结构接受了未对齐的访问权限，那么您可以通过使用强制转换来定义setter：

#define paddingless_get_d(o) (*(double *) ((o)->data + OFFSET_D))
#define paddingless_set_d(o, val) (*(double *) ((o)->data + OFFSET_D) = (val))

这是不可移植的，但可能比替代方案更快。它适用于 ~~vax~~ x86 ...

Answer 3

有些事情需要考虑。首先，编译器添加填充是有原因的：它试图为其指定的平台制作最佳的工作机器代码。所以通常填充是一件好事。除了你想要定义数据通信协议，硬件寄存器映射和类似的情况，其中字节数必须简单地匹配某个规范。

实际上没有标准的方法可以避免填充。如果结构大小与其所有单个成员的总和不匹配，则可以实现的最佳结果是编译时断言给出错误。当断言失败时，您可以将编译器设置更改为阻止填充。优选：

static_assert(sizeof(mystruct) == (sizeof(mystruct.x) + sizeof(mystruct.y) +...));

如果你的C编译器中没有static_assert（你需要一个符合C11的版本），那么使用一些“ct_assert”宏，你可以在这个网站上找到很多。

但是，这并不能以可移植的方式解决问题，您将依赖于编译器设置。解决问题的唯一真正可移植的方法是这样的：

void mystruct_copy_from (uint8_t* raw_data, const mystruct_t* ms)
{
  memcpy(raw_data, &ms->x, sizeof(ms->x));
  raw_data += sizeof(ms->x);

  memcpy(raw_data, &ms->y, sizeof(ms->y));
  raw_data += sizeof(ms->y);

  // ... and so on
}


uint8_t protocol [EXPECTED_STRUCT_SIZE];
mystruct_copy_from (protocol, &mystruct);

send(protocol); // some data communication interface without padding

避免C中的结构填充

3 个答案: