确保结构中的字段对齐答案

【问题标题】：Ensuring field alignment in struct确保结构中的字段对齐
【发布时间】：2021-11-16 04:22:33
【问题描述】：

我正在为一种语言设计抽象语法树 (AST)。我的词法标记看起来像

typedef struct {
    tokenHeader header;
    tokenData data;
} lexicalToken;

其中tokenHeader 和tokenData 是structs。至于我的 AST 节点，我有一个基本类型：

#define AST_HEADER \
    struct astNode *parent; \
    tokenHeader header;

typedef struct astNode {
    AST_HEADER
} astNode;

以及一些拆分类型。例如，

typedef struct {
    AST_HEADER
    astNode *nodes[2];
} astTwoSplitNode;

我之所以在AST_HEADER 中不包含tokenData 是因为几乎所有令牌都不使用该字段。这让我想到

typedef struct {
    astNode *parent;
    lexicalToken token;
    // Nodes which use tokenData are always terminal nodes.
} astNodeWithData;

这终于让我想到了我的问题：astNodeWithData 的排列方式是否保证我可以将astNodeWithData* 转换为astNode*，引用header 字段，并在预期的方式？

如果没有，有没有办法指示我的编译器（gcc，如果有帮助）强制执行这样的安排？

【问题讨论】：

“我可以将 astNodeWithData* 转换为 astNode* 的这种方式，”最好避免。寻找不涉及 cast 的解决方案。（struct/union 的 struct 等）
即使你使用 union 或 memcpy，也不要忘记打包结构
@chux-ReinstateMonica，为什么要避免这种情况？这不就是struct sockaddr*之类的东西吗？
struct sockaddr* 用于 C 的受控子集（例如 *nix），而不是在 C 的广阔世界中。代码可以对第一个成员（如果是通用类型）使用强制转换技巧，但是除此之外，便携性被牺牲了，UB 隐约可见。施法技巧也击败了类型检查。 IMO，两者都没有必要。

标签： c struct alignment

【解决方案1】：

您实际上可以做的是将astNodeWithData * 转换为astNode **，而不是astNode *，因为结构的地址与第一个成员的地址相同。

C standard 第 6.7.2.1p15 节关于“结构和联合说明符”的状态：

在结构对象中，非位域成员和位域所在的单元的地址增加声明它们的顺序。 指向结构的指针适当转换的对象指向其初始成员（或如果该成员是位域，则到它所在的单元驻留），反之亦然。 结构对象，但不是在其开头

所以以下是允许的：

astNodeWithData dataNode;
// populate dataNode
astNode **nodePtr = (astNode **)&dataNode;
// access (*nodePtr)->header
astNodeWithData *dataNodePtr = (astNodeWithData *)nodePtr;
// access dataNodePtr->token

【讨论】：

但是dataNodePtr->token 是否可以保证与(*nodePtr)->header 具有相同的偏移量？
@DanielWalker 他们几乎肯定会不会。 astNodeWithData 的第一个成员是parent，即astNode *，因此astNode 对象存储在其他位置。 astNodeWithData 的第二个成员是 token，即 lexicalToken，其中 1) 与指针 parent 不同，2) 似乎与 parent 指向的内容没有任何共同之处。
啊，对不起。我没有正确地表达这个问题。我真正想知道的是offsetof(astNode, header)是否保证等于offsetof(astNodeWithData, token)。
@DanielWalker 取决于tokenHeader, lexicalToken的类型。
明白了。所以，看起来我可以做#define AST_HEADER struct { struct astNode *parent; lexicalHeader header;};，然后在我的astNodeWithData 中添加一个额外的lexicalData data;。