POD 结构（相同类型的成员）：成员是否位于连续的内存位置？

Question

给定

template <typename T>
struct Vector3d { T x, y, z; };

• 假设 x、y 和 z 位于连续的内存位置是否安全？

• 对于T = float 和T = double 至少可以安全假设吗？

• 如果不能，是否可以跨平台执行？

注意：我不介意在 z 之后填充，只要 x、y、z 是连续的

Answer 1

假设 x、y 和 z 位于连续的内存位置是否安全？

语言在技术上没有这样的保证。

另一方面，它们也没有必要不连续，实际上它们很可能是连续的。

如果不能，是否可以跨平台执行？

保证对象位于连续内存位置的跨平台方式是数组：

template <typename T>
struct Vector3d { T components[3]; };

数组也使得使用指针算法迭代对象是合法的。

Answer 2

假设x、y 和z 位于连续的内存位置是否安全？

标准没有做出这样的保证。

但实际上，一个理智的实现不会在相同类型的相邻字段之间插入任何填充（因为这种填充从来都不是必需的¹）。

如果您想要额外的安全，请添加static_assert：

static_assert(sizeof(Vector3d<float>) == 3 * sizeof(float));

假设T = float 和T = double 至少是安全的吗？

据我所知，字段类型在这里没有任何区别。

---

^{1 — 保证数组不包含填充。由于您可以创建任何类型的数组，因此实现必须能够将任何单一类型的对象彼此相邻存储而无需填充。}

Answer 3

不，绝对不能保证相同类型的结构元素之间没有填充，即使对于“大”普通旧数据类型，例如 double。此外，通过指针算术对另一个元素的指针尝试到达一个元素的行为是未定义的。

写得更好

template <typename T>
struct Vector3d { T t[3]; };

保证连续性和指针运算，并为x、y和z提供访问函数。

如果您不喜欢调用函数的语法，并且愿意容忍struct 本身最有可能表现出来的一些开销，那么您总是可以绑定引用：

template <typename T>
struct Vector3d
{
    T t[3];
    T& x = t[0];
    T& y = t[1];
    T& z = t[2];
};

Answer 4

向结构和类添加填充的唯一原因是满足其成员的对齐要求。请注意，结构的对齐是其成员与最大对齐要求的对齐。结构的大小是其对齐方式的倍数，添加尾随填充来满足这一点。

由于Vector3d 的成员属于同一类型，因此已经满足对齐要求，因此成员之间或结构末尾没有任何填充。

C++ 标准中没有要求无缘无故插入任意填充。

为了百分百确定，请输入static_assert：

static_assert(sizeof(Vector3d<float>) == 3 * sizeof(float), "Unexpected layout.");
static_assert(sizeof(Vector3d<double>) == 3 * sizeof(double), "Unexpected layout.");

有些人说 C++ 标准中没有明确说明保证，因此不能依赖它。然而，C++ 标准通常没有明确规定，因此需要了解其背后的基本原理。在我个人看来，这些人无缘无故地散布恐惧、不确定和怀疑。