在 C 中禁用结构填充而不使用 pragma

Question

如何在不使用 pragma 的情况下禁用 C 中的结构填充？

Answer 1

没有标准方法可以做到这一点。该标准规定，可以根据实现自行决定进行填充。来自 C99 6.7.2.1 结构和联合说明符，第 12 段：

结构或联合对象的每个非位域成员都以适合其类型的实现定义方式对齐。

话虽如此，您可以尝试以下几件事。

---

第一个您已经打折了，使用 #pragma 尝试说服编译器不要打包。无论如何，这都是不可移植的。也不是任何其他特定于实现的方法，但您应该检查它们，因为如果您确实需要此功能，可能有必要这样做。

---

第二种是以从大到小的顺序对字段进行排序，例如所有 long long 类型，后跟 long 类型，然后是所有 int 、 short 和最后的 char 类型。这通常会起作用，因为通常较大的类型具有更严格的对齐要求。再说一次，不便携。

---

第三，您可以将类型定义为 char 数组并转换地址以确保没有填充。但请记住，如果变量未正确对齐，某些架构会减慢速度，而另一些架构则会严重失败（例如引发总线错误并终止进程）。

最后一个需要进一步的解释。假设您有一个结构，其字段按以下顺序排列：

char C; // one byte
int  I; // two bytes
long L; // four bytes

使用填充，您可能最终得到以下字节：

CxxxIIxxLLLL

其中 x 是填充。

但是，如果您将结构定义为：

typedef struct { char c[7]; } myType;
myType n;

您会得到：

CCCCCCC

然后您可以执行类似的操作：

int *pInt = &(n.c[1]);
int *pLng = &(n.c[3]);
int myInt = *pInt;
int myLong = *pLng;

给您：

CIILLLL

再次不幸的是，不可移植。

---

所有这些“解决方案”都依赖于您对编译器和底层数据类型的深入了解。

Answer 2

除了 pragma pack 之类的编译器选项之外，您不能这样做，填充是在 C 标准中的。

您始终可以尝试通过在结构的最后声明最小类型来减少填充，如下所示：

struct _foo {
     int a;  /* No padding between a & b */
     short b;
} foo;

struct _bar {
     short b; /* 2 bytes of padding between a & b */
     int a;
} bar;

注意 对于具有 4 字节边界的实现

Answer 3

在某些架构上，如果要求处理未对齐的数据，CPU 本身会反对。为了解决这个问题，编译器可以生成多个对齐的读或写指令，移位并拆分或合并各个位。您可以合理地预期它比对齐数据处理慢 5 到 10 倍。但是，该标准并不要求编译器做好这样做的准备……考虑到性能成本，它的需求还不够。支持显式控制填充的编译器提供了自己的编译指示，因为编译指示是为非标准功能保留的。

如果必须使用未填充的数据，请考虑编写自己的访问例程。您可能想要尝试需要较少对齐的类型（例如使用 char/int8_t），但仍然有可能例如结构的大小将四舍五入为 4 的倍数，这会紧密地挫败包装结构，在这种情况下您'您需要对整个内存区域实现您自己的访问。

Answer 4

要么让编译器进行填充，要么告诉它不要使用 #pragma 进行填充，要么只使用一些字节（例如 char 数组），然后自己构建所有数据（移动和添加字节）。这确实效率低下，但您可以精确控制字节的布局。有时我会手动准备网络数据包，但在大多数情况下这是一个坏主意，即使它是标准的。

Answer 5

如果您确实想要没有填充的结构：使用仅由 8 位字节组成的结构或类定义短、整型、长整型等的替换数据类型。然后使用替换数据类型组成更高级别的结构。

C++ 的运算符重载非常方便，但在 C 中使用结构而不是类也可以达到相同的效果。下面的转换和赋值实现假设 CPU 可以处理未对齐的 32 位整数，但其他实现可以适应更严格的 CPU。

这是示例代码：

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

class packable_int { public:

  int8_t b[4];

  operator int32_t () const       { return *(int32_t*) b; }
  void operator =  ( int32_t n )  { *(int32_t*) b = n; }

};

struct SA {
  int8_t   c;
  int32_t  n;
} sa;

struct SB {
  int8_t        c;
  packable_int  n;
} sb;

int main () {
  printf ( "sizeof sa  %d\n", sizeof sa );    // sizeof sa  8               
  printf ( "sizeof sb  %d\n", sizeof sb );    // sizeof sb  5               
  return 0;
}

Answer 6

我们可以使用以下任一方法在 C 程序中禁用结构填充。

->在结构定义后面使用 __attribute__((packed)) 。例如。

struct node {
    char x;
    short y;
    int z;
} __attribute__((packed));

->编译 C 代码时使用 -fpack-struct 标志。例如。

$ gcc -fpack-struct -o tmp tmp.c

希望这有帮助。
谢谢。