如何在没有未对齐模式的情况下访问打包结构中的变量?

时间:2017-05-10 05:32:22

标签: c struct structure padding packing

我正在使用打包结构进行直接DMA访问的通信,这是我的测试代码:

// structure for communication buf 1
typedef __packed struct _test1
{
    uint8_t a;
    uint32_t b;
    uint16_t c;
    uint16_t d;
    uint32_t e;
} test1;

// structure for communication buf 2
.
.
.
// structure for communication buf 3
.
.
.

// structure for communication buf set
typedef __packed struct _test2
{
    uint8_t dump[3];
    test1 t;
    // may have many other packed structure for communication buf
} test2;

#pragma anon_unions

typedef struct _test3
{
    union
    {
        uint32_t buf[4];
        __packed struct
        {
            __packed uint8_t dump[3];
            test1 t;
        };
    };
} test3;

test1 t1;
test2 t2;
test3 t3;

这些结构的大小是

sizeof(t1) = 13
sizeof(t2) = 16
sizeof(t3) = 16

如果我想访问变量b,为了不影响性能,需要使用对齐访问的读/写内存内容,手动计算偏移量

t3.buf[1]

但是我不能在不使用未对齐访问的情况下读取/写入结构中的变量

t2.t.b
t3.t.b

所以我定义了如下代码的结构,只打包变量a

typedef struct _test4
{
    __packed uint8_t a;
    uint32_t b;
    uint16_t c;
    uint16_t d;
    uint32_t e;
} test4;

typedef struct _test5
{
    __packed uint8_t dump[3];
    test4 t;
} test5;

test4 t4;
test5 t5;

虽然结构中所有元素的访问都是对齐的,但是插入了填充

sizeof(t4) = 16
sizeof(t5) = 20

那么如何定义打包结构,并在不使用未对齐访问的情况下访问其中的单个变量(除了a)?

非常感谢帮助

2 个答案:

答案 0 :(得分:4)

你的问题引入了两个问题:

  • 组件和/或设备之间的通信;这可能有也可能没有结构和整数的相同底层表示,因此您使用了非可移植的__packed属性。
  • 访问性能,由对齐和/或数据大小决定;一方面,编译器将数据与总线对齐,但另一方面,数据可能会在缓存中占用太多空间。

其中一个是您要解决的实际问题X,另一个是your XY problem中的Y.请避免将来问XY问题。

您是否考虑过根据您的要求如何保证uint16_tuint32_t将是大端或小端?如果您关心可移植性,则需要指定。我关心可移植性,所以这就是我的答案所关注的。您可能还会注意到如何获得最佳效率。尽管如此,为了使这个便携:

  • 使用序列化函数序列化您的数据,以通过 division modulo 将结构的每个成员转换为字节序列(或左移二进制和)操作。
  • 同样,您应该通过反向操作乘法添加(或右移二进制或)。

例如,这里有一些代码显示 little endian big endian ,用于序列化和反序列化test1

typedef /*__packed*/ struct test1
{
    uint32_t b;
    uint32_t e;
    uint16_t c;
    uint16_t d;
    uint8_t a;
} test1;

void serialise_test1(test1 *destination, void *source) {
    uint8_t *s = source;
    destination->a = s[0];
    destination->b = s[1] * 0x01000000UL
                   + s[2] * 0x00010000UL
                   + s[3] * 0x00000100UL
                   + s[4];                 /* big endian */
    destination->c = s[5] * 0x0100U
                   + s[6];                 /* big endian */
    destination->d = s[7]
                   + s[8] * 0x0100U;       /* little endian */
    destination->e = s[9]
                   + s[10] * 0x00000100UL
                   + s[11] * 0x00010000UL
                   + s[12] * 0x01000000UL; /* little endian */
}

void deserialise_test1(void *destination, test1 *source) {
    uint8_t temp[] = { source->a
                     , source->b >> 24, source->b >> 16
                                      , source->b >> 8, source->b
                     , source->c >> 8, source->c
                     , source->d, source->d >> 8
                                , source->d >> 16, source->b >> 24 };
    memcpy(destination, temp, sizeof temp);
}

您可能会注意到我删除了__packed属性并重新排列了成员,以便较大的成员位于较小的成员之前(即之前);这可能会显着减少填充。这些函数允许您在uint8_t(您从电线,或 DMA 或其他)发送/接收的数组和您的{{{ 1}}结构,所以这段代码更像 portable 。您可以从此代码提供的有关协议结构的保证中受益,在此之前 - 就像在实现的时候一样,使用两个不同实现的两个设备可能不同意关于内部表示例如整数。

答案 1 :(得分:0)

您可以对所有索引进行硬编码,例如

    typedef __packed struct _test1
    {
        uint8_t a;
        uint32_t b;
        uint16_t c;
        uint16_t d;
        uint32_t e;
    } test1;

    enum
    {
        a = 0,
        b = 1,
        c = 5,
        d = 7,
        e = 9,
    };

    test1 t1 = {1,2,3,4};//not sure if init lists work for packed values
    printf("%u", *(uint32_t*)((uint8_t*)&t1 + b));

或者offsetof可以像这样使用

printf("%u", *(uint32_t*)((uint8_t*)&t1 + offsetof(test1, b)));