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在C结构体中,为什么打包、对齐似乎会进行填充?

packing padding struct gcc c

fghoussen · 技术社区 · 10 月前

在C结构体中,为什么 packed,aligned 似乎在填充?

我必须使用i2c从远程设备读取一堆MSB/LSB字节。由于所有设备数据都是字节,我使用 uint8_t 其精确地表示8位,即1字节。

现在我需要确定结构体是 packed (即结构中的元素之间没有“洞”),除非我不会读取远程设备中生成的数据。

然后,我补充道 aligned 为了提高性能(即允许CPU以最小的内存访问量读取结构)。

正如这里所解释的那样 Structure padding and packing ,填充将结构成员与“自然”地址边界对齐,并且,打包可防止填充。

这个简单的测试让我很惊讶:

$ gcc --version
gcc (Debian 10.2.1-6) 10.2.1 20210110

$ cat dumb.c 
#include <stdio.h>
#include <stdint.h> // uint8_t

struct struct1 {
  uint8_t msb;
} __attribute__((packed));

struct struct2 {
  uint8_t msb;
} __attribute__((packed,aligned(4)));

struct struct3 {
  uint8_t msb;
  uint8_t lsb;
} __attribute__((packed));

struct struct4 {
  uint8_t msb;
  uint8_t lsb;
} __attribute__((packed,aligned(4)));

int main(void) {
  struct struct1 s1;
  printf("sizeof(s1) %zu\n", sizeof(s1));
  struct struct2 s2;
  printf("sizeof(s2) %zu\n", sizeof(s2));
  struct struct3 s3;
  printf("sizeof(s3) %zu\n", sizeof(s3));
  struct struct4 s4;
  printf("sizeof(s4) %zu\n", sizeof(s4));
  return 0;
}

$ gcc -o dumb dumb.c

$ ./dumb 
sizeof(s1) 1
sizeof(s2) 4
sizeof(s3) 2
sizeof(s4) 4

对齐的 似乎“填补了结构体的末尾”:这是意料之中的吗?

我早料到 s2 从4字节的存储器地址开始,但大小为1。
我早料到 s4 从4字节的存储器地址开始,但大小为2。

我从远程设备读取这些字节,因此每个字节都使用i2c从设备传输到PC:现在为了性能,最好还是继续 拥挤的 只是为了避免“最后的额外填充”,或者,最好还是去 打包、对齐 每次传输时,都要传输和读取额外的未使用的“末尾填充”字节?

2 回复 | 直到 10 月前

dbush 10 月前

这个 aligned a上的属性 struct 声明意味着结构体的任何实例都必须从对齐的地址开始。

这也意味着,如果你有一个结构数组,该结构可能需要尾部填充,以便数组的每个成员都正确对齐。

而 packed 属性将最小化结构中使用的任何填充,当与 对齐的 .

例如,如果你有这样的声明:

struct struct2 s2[2];

如果你没有尾随填充,那么 s2[1] 不会正确对齐。

Eric Postpischil 10 月前

packed 说要把构件打包到结构内。

aligned 通过在末尾填充来使对象对齐。