了解 C/C++ 中的结构大小变化：成员排序和数据对齐的影响

Question

为什么 struct bit_man1 的大小为 8 个字节，而 struct bit_man2 的大小为 4 个字节，即使这两个结构包含相同的类型和数据量？考虑下面定义的结构：

#include <stdio.h>
// packing is done in 4 bytes size since int is the biggest in struct
struct bit_man1 {
    int a:5;        //5 bits                                 
    int b:8;        //5+8 =13 bits
    char abc[2];    //2 bytes 8 +8 +13= 29  bit
    int z:2;       // 2 bits 29+2 =31
  
        
};

struct bit_man2 {
    int a:5;        //5 bits                                 
    int b:8;        //5+8 =13 bits
    int z:2;        // 2 bits 13+2=15
    char abc[2];    //2 bytes 8 +8 +15= 31  bit
  
        
};

int main() {
 
   
    printf("Size of bit_man1: %zu bytes\n", sizeof(struct bit_man1));
    printf("Size of bit_man2: %zu bytes\n", sizeof(struct bit_man2));
    return 0;
}

gcc版本

$ gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/11/lto-wrapper
OFFLOAD_TARGET_NAMES=nvptx-none:amdgcn-amdhsa
OFFLOAD_TARGET_DEFAULT=1
Target: x86_64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-11/README.Bugs --enable-languages=c,ada,c++,go,brig,d,fortran,objc,obj-c++,m2 --prefix=/usr --with-gcc-major-version-only --program-suffix=-11 --program-prefix=x86_64-linux-gnu- --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --libdir=/usr/lib --enable-nls --enable-bootstrap --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --with-default-libstdcxx-abi=new --enable-gnu-unique-object --disable-vtable-verify --enable-plugin --enable-default-pie --with-system-zlib --enable-libphobos-checking=release --with-target-system-zlib=auto --enable-objc-gc=auto --enable-multiarch --disable-werror --enable-cet --with-arch-32=i686 --with-abi=m64 --with-multilib-list=m32,m64,mx32 --enable-multilib --with-tune=generic --enable-offload-targets=nvptx-none=/build/gcc-11-XeT9lY/gcc-11-11.4.0/debian/tmp-nvptx/usr,amdgcn-amdhsa=/build/gcc-11-XeT9lY/gcc-11-11.4.0/debian/tmp-gcn/usr --without-cuda-driver --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu --with-build-config=bootstrap-lto-lean --enable-link-serialization=2
Thread model: posix
Supported LTO compression algorithms: zlib zstd
gcc version 11.4.0 (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04)

但是我们得到了这样的输出

Size of bit_man1: 8 bytes
Size of bit_man2: 4 bytes

由于打包优先考虑 4 个字节，因此不应该将 int z:2 （2 位）打包到 29 位中，从而生成 31 位，编译器是否有任何原因分配另外 4 个字节？？

Answer 1

相邻的位域可以组合到同一个分配单元中，但位域和非位域则不然。这意味着

abc

成员将占用 2 个完整字节，并且不占用任何部分字节，例如包含位字段的单元中未使用的位。

在第一种情况下，您从两个总共 13 位的位字段开始。它们适合单个 2 字节分配单元。

char

数组占据接下来的 2 个完整字节。然后剩余的位域占用另一个字节。然后，由于位域的基本类型是

int

，该结构体又填充了 3 个字节（假设

int

占用 4 个字节），总共 8 个字节。

在第二种情况下，您从三个总共 15 位的位字段开始。与之前的情况一样，它们适合单个 2 字节分配单元。

char

数组占据了接下来的 2 个完整字节，总共使用了 4 个字节。