为什么这里打包结构的大小是 5 而不是 4 字节？

Question

查看在线示例： Ideone example

struct {
  union {
    struct {
      uint32_t messageID : 26;
      uint8_t priority : 3; 
    } __attribute__ ((packed));
    uint32_t rawID : 29;
  } __attribute__ ((packed));
  uint8_t canFlags : 3;
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

为什么编译器会将结构体的大小报告为 5 个字节而不是 4 个字节？它应该包含 32 位。

Answer 1

问题是__attribute__((packed)) 不执行按位打包。它只是保证struct 成员之间没有填充。您可以尝试这个更简单的示例，其中大小也报告为 5：

typedef struct structTag {
    struct {
      uint32_t messageID : 26;
      uint8_t priority : 3;
    } __attribute__ ((packed));
    uint8_t canFlags : 3;
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

按位打包仅适用于位域成员。您需要将结构重新设计为具有位域 messageID/priority/canFlags 的结构和具有位域 rowID/canFlags 的结构的联合。换句话说，您将需要有一些重复或求助于访问宏或成员函数。

Answer 2

这是因为内存对齐：编译器不会在一个字节的中间开始canFlags，它会在下一个字节的开头（可能是*）开始它。所以你的初始联合有四个字节，canFlags 有一个字节。

例如，如果您将 canFlags 移动到联合中，则它（可能*）的大小为 4：

typedef struct structTag {
  union {
    struct {
      uint32_t messageID : 26; /* 26bit message id, 67108864 ids */
      uint8_t priority : 3; /* priority: MUST BE 0 */
    } __attribute__ ((packed));
    uint32_t rawID : 29;
    uint8_t canFlags : 3; /* <==== Moved */
  } __attribute__ ((packed));
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

Updated example on ideone。显然，那个特定的改变可能不是你想要的。我只是在证明问题是开始一个不在字节边界上的新字段。

---

* “可能”，因为最终取决于编译器。

Answer 3

使用数据结构对齐在计算机内存中排列和访问数据。其中有两个相关的问题

1. 对齐
2. 填充

当计算机执行写操作时，它通常以 4 字节的倍数写入（对于 32 位系统）。这一行为的一个原因是提高绩效的目标。因此，当您编写任何具有前 1 字节变量和后 4 字节变量数据的数据结构时，它将在前 1 字节数据之后进行填充，以使其在 32 位边界上对齐。

struct {
  union {
    struct {
      uint32_t messageID : 26;
      uint8_t priority : 3; 
    } __attribute__ ((packed));
    uint32_t rawID : 29;
  } __attribute__ ((packed));
  uint8_t canFlags : 3;
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

现在在上述数据结构中，您使用的是__attribute__ ((packed))，这意味着没有填充。所以 uint32_t 是 4 个字节，但是你说它有 26 位和 3 位的优先级。现在，由于您在一个结构中拥有两个变量，因此它将保留 32 位而不是 29 位，以便您的第一个结构的信息在边界上对齐。

现在对于 canFlags 它将需要另一个字节。这样就变成了 5 个字节而不是 4 个。

Answer 4

在某些编译器中，要“合并”位，所有项必须属于同一类型。所以在你现在有uint8_t 的地方设置为uint32_t - 在IdeOne 使用的编译器中似乎不是这种情况'

[无论如何，如何合并位仍然取决于编译器，因此绝对保证您的数据存储为 32 位的唯一方法是使用单个 uint32_t 并声明一个类是否进行了相关的移位和与/或运算来操纵该值-唯一的保证是结构中的一个元素将至少具有您要求的位数]

正如其他人指出的那样，您不能在字节边界以外的地方开始新结构。我通过在联合中添加第二个结构来修复它，如下所示： http://ideone.com/Mr1gjD

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

typedef struct structTag {
  union {
    struct {
      uint32_t messageID : 26; /* 26bit message id, 67108864 ids */
      uint8_t priority : 3; /* priority: MUST BE 0 */
    } __attribute__ ((packed));
    struct {
      uint32_t rawID : 29;
      uint8_t canFlags : 3;
    };
  } __attribute__ ((packed));
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

int main() {
    printf("size: %d", sizeof(idSpecial));
    return 0;
}