结构的大小如何是4的非倍数？

Question

我是结构新手，正在学习如何找到结构的大小。我知道如何使用填充来正确对齐内存。根据我的理解，对齐完成后，内存中的大小为4的倍数。我在GCC上尝试了以下代码。

struct books{
  short int number;
  char name[3];
}book;
printf("%lu",sizeof(book));

最初我以为short int会占用2个字节，然后是从头开始在第三个内存位置开始的字符数组。然后，字符数组需要3个字节的填充，其大小为8.像这样，每个字代表内存中的一个字节。

简短的char char

填充填充填充垫

但是在运行时它的大小为6，这让我很困惑。

任何帮助将不胜感激，谢谢！

Answer 1

通常，插入填充以允许对齐结构的内部元件，不允许整个结构为多个单词的大小。对齐是编译器实现问题，而不是C标准的要求。

因此，长度为3个字节的char元素不需要对齐，因为它们是字节元素。

尽管不是必需的，但优选短元素需要在短边界上对齐 - 这意味着偶数地址。通过将其对齐在短边界上，编译器可以发出单个加载短指令，而不必加载字，掩码，然后移位。

在这种情况下，填充可能（但不一定）发生在结束而不是中间。您必须编写代码来转储元素的地址以确定填充的位置。

编辑：。正如@Euguen Sh所提到的，即使你发现了编译器用于结构的填充方案，编译器也可以在不同版本的编译器中修改它。

依靠编译器的填充方案是不明智的。总是存在以这样的方式访问元素的方法，即您不会猜测对齐。

sizeof（）运算符用于允许您查看使用了多少内存，并且如果该指针递增1（ptr ++），则可以知道将ptr添加到结构中的数量。

编辑2，包装：可以使用__packed__属性打包结构以防止填充。在设计结构时，使用自然包装的元素是明智的。在通过通信链路发送数据时，这一点尤为重要。精心设计的结构避免了在结构中间填充的需要。设计不良的结构然后使用__packed__属性编译可能具有不自然对齐的内部元素。人们可能会这样做，以确保结构将像最初设计的那样通过电线传输。随着JSON的引入，通过线路传输数据，这种努力已经减少。

Answer 2

#include <stdalign.h>
#include <assert.h>

结构的大小总是可以被成员的最大对齐（它必须是2的幂）整除。如果你有一个char和short的结构，那么对齐是2，因为short的对齐是2，如果你有一个结构，只有chars它的对齐为1。

有多种方法可以操纵对齐方式：

alignas(4) char[4]; // this can hold 32-bit ints

这是非标准的，但在大多数编译器（GCC，Clang，...）中都可用：

struct A {
    char a;
    short b;
};

struct __attribute__((packed)) B {
    char a;
    short b;
};

static_assert(sizeof(struct A) == 4);
static_assert(alignof(struct A) == 2);

static_assert(sizeof(struct B) == 3);
static_assert(alignof(struct B) == 1);

Answer 3

通常编译器遵循目标体系结构的ABI。它定义了结构和原始数据类型的对齐。这会影响所需的填充和结构尺寸。因为在许多架构中对齐是4的倍数，所以结构的大小也是如此。

编译器可以提供一些属性/选项，用于或多或少地直接改变对齐。

例如gcc和clang提供：__attribute__ ((packed))