在C中取消引用对齐的空结构？

Question

我在SameBoy模拟器（v0.13）中遇到了一组奇怪的宏，该宏似乎使用空结构来寻址数据。看起来像这样：

#define GB_PADDING(type, old_usage) type old_usage##__do_not_use

#define GB_SECTION(name, ...)     \
        __attribute__ ((aligned (8))) struct {} name##_section_start;  \
        __VA_ARGS__;   \
        struct {} name##_section_end
#define GB_SECTION_OFFSET(name)   \
        (offsetof(GB_gameboy_t, name##_section_start))
#define GB_SECTION_SIZE(name)     \ 
        (offsetof(GB_gameboy_t, name##_section_end) - offsetof(GB_gameboy_t, name##_section_start))
#define GB_GET_SECTION(gb, name)  \
        ((void*)&((gb)->name##_section_start))

似乎GB_gameboy_t是某种类型的（可能是对于GameBoy内部结构）。但是，令我困扰的部分是GB_SECTION和GB_GET_SECTION宏。显然，这些宏的目的是对齐数据。但是，我对空结构（标记为name##_section_start）扩展到的内容迷失了。 它是否扩展为空（即0字节）？如果是这样，则GB_GET_SECTION将指向任何__VA_ARGS__。但是，__attribute__ ((aligned (8)))限定词的意义何在？或空结构是否扩展为某些垃圾填充字节？如果这样做，则GB_GET_SECTION将指向垃圾数据。

那是哪一个？

Answer 1

标准C不允许使用空结构，但gcc提供了extension。它们完全看起来像，是一个大小为0的对象，并且完全按照您的期望执行操作，实际上什么也没做。他们没有成员可以访问。您可以将一个分配给另一个，但是这是一项禁止操作的操作。在这种情况下，它们最可用作占位符。

__attribute__((aligned (8)))会执行与通常相同的操作：保证具有此属性的对象在8字节边界上对齐。换句话说，其地址将是8的倍数。

在此程序中，宏用于将大型结构的成员划分为“节”，每个节均以8字节边界开始，并创建零字节的空结构成员以标记结构的开始和结束。每个部分。该代码看起来像：

struct GB_gameboy_s {
    GB_SECTION(foo, int a; short b;);
    GB_SECTION(bar, char c; char d;);
};

typedef struct GB_gameboy_s GB_gameboy_t;

展开为

struct GB_gameboy_s {
    __attribute__ ((aligned (8))) struct {} foo_section_start;
    int a;
    short b;
    struct {} foo_section_end;
    __attribute__ ((aligned (8))) struct {} bar_section_start;
    short c;
    char d;
    struct {} bar_section_end;
};

因此结构的布局类似于：

• [foo_section_start：偏移量0，大小0
• [a：偏移量0，大小4
• [b：偏移量4，大小2
• foo_section_end：偏移量6，大小为0
• bar_section_start：偏移量8，大小为0
• [c：偏移量8，大小2
• [d：偏移10，大小1
• [bar_section_end：偏移量11，大小0

注意aligned属性已确保bar_section_start以及c放置在偏移8处，而不是放置在偏移6处。在结构的字节7和8中有填充，但是请注意，此填充<< before >> bar_section_start，因为为了使对齐有意义，必须填充。 bar_section_start指向填充的第一个字节after，而不是填充本身。现在，可以使用offsetof查找这些成员的偏移量，并像GB_SECTION_SIZE一样使用它来计算每个节的大小。例如，here您可以看到他们将各种成员集写入文件，从而使用[]这样的代码来保存虚拟机状态的一部分。

fwrite(GB_GET_SECTION(bar), GB_SECTION_SIZE(bar), 1, fd)

这具有写入结构的字节8到10的效果，即c和d成员。这比一个接一个地写出所需的成员要方便得多，特别是因为在实际代码中有两个以上的成员。

尚不清楚为什么需要对齐，但是如果写入转储文件的所有内容都是8字节的倍数，则可能更方便。到处复制对齐的缓冲区也可能更有效率。

他们本可以为char成员使用start/end或某些其他标准类型，但是结构会不必要地变大。例如，在那种情况下，a不能放置在偏移量0处，因此将放置在偏移量4处，以便为它提供与int一样的4字节对齐方式。 b将位于偏移量8，而bar_section_start将位于偏移量16。这意味着foo节将使用16个字节而不是8个字节，这浪费了一定数量的内存和磁盘空间（尽管实际上这不太可能非常重要）