是否有 GCC 关键字允许结构重新排序？

Question

我知道为什么 GCC 默认情况下不会重新排序结构的成员，但我很少编写依赖于结构顺序的代码，那么有什么方法可以将我的结构标记为自动重新排序吗？

Answer 1

以前的 GCC 版本具有

-fipa-struct-reorg

选项，允许在

-fwhole-program

+

-combine

模式下进行结构重新排序。

• -fipa-struct-reorg

  进行结构重组优化，改变C类结构布局，以更好地利用空间局部性。这种转换对于包含结构数组的程序是有效的。有两种编译模式可用：基于配置文件（使用

  -fprofile-generate

  启用）或静态（使用内置启发式方法）。要求

  -fipa-type-escape

  提供此转换的安全性。它仅在整个程序模式下工作，因此需要启用

  -fwhole-program

  和

  -combine

  。此转换所考虑的结构

  'cold'

  不受影响（参见

  --param struct-reorg-cold-struct-ratio=value

  ）。

由于发行说明中的以下原因，它自 GCC 4.8.x 起已被删除

结构重组和矩阵重组优化（命令行选项

-fipa-struct-reorg

和

-fipa-matrix-reorg

）已被删除。它们并不总是正确工作，也不支持链接时优化 (LTO)，因此仅适用于由单个翻译单元组成的程序。

但是，您仍然可以在

GCC SVN

或 github 镜像 上尝试 struct-reorg-branch，但风险自负，因为它仍在积极开发中。

您还可以使用 clang-tools-extra 中的 clang-reorder-fields

工具对字段重新排序

另请参阅

• C 结构中的自动字段重新排序以避免填充

Answer 2

顺便说一句，Linux 内核实现了一个 gcc plugin 来引入名为

randomize_layout

的属性。目标是在结构的定义中使用它，以使编译器随机化字段的顺序。 Linux 内核使用它是为了为了安全来对抗需要知道结构布局的攻击。例如，

cred

结构在include/linux/cred.h中定义如下：

struct cred {
    atomic_t    usage;
#ifdef CONFIG_DEBUG_CREDENTIALS
    atomic_t    subscribers;    /* number of processes subscribed */
    void        *put_addr;
[...]
    struct user_struct *user;   /* real user ID subscription */
    struct user_namespace *user_ns; /* user_ns the caps and keyrings are relative to. */
    struct group_info *group_info;  /* supplementary groups for euid/fsgid */
    /* RCU deletion */
    union {
        int non_rcu;            /* Can we skip RCU deletion? */
        struct rcu_head rcu;        /* RCU deletion hook */
    };
} __randomize_layout;

__randomize_layout

标签在Linux源代码树的include/linux/compiler-gcc.h中定义为：

#define __randomize_layout __attribute__((randomize_layout))

Answer 3

GCC 中没有这样的选项。而且，我确信，它不能以任何明智的方式引入。关于填充优化请查看此讨论。

我知道的唯一例外是热/冷结构字段分割，在某些情况下可以完成（我仍然不确定，GCC 即使在配置文件引导模式下也可以做到，我知道 ICC 可以）。此功能不受用户控制，并且在调用图上执行，其中可以证明这种数据流转换的保守性。

Answer 4

我认为在编译整个程序时可以重新组织/拆分结构体的元素（lto 模式，使用 -flto 标志）。在这种情况下，您可以完整了解程序，并且对于未转义的符号，应该可以对它们重新排序以获得更好的缓存行为等。

在 gcc 主干中，它正在积极开发中。这是在 GNU cauldron 2015 中提出的。您可能想尝试 gcc trunk 或 struct-reorg-branch。

https://gcc.gnu.org/wiki/cauldron2015?action=AttachFile&do=view&target=Olga+Golovanevsky_+Memory+Layout+Optimizations+of+Structures+and+Objects.pdf