如何解释数据类型大小及其对齐方式？

Question

我对 linux/gcc 中 double 类型的大小/对齐有疑问。

Wikipedia 上写着：

双精度（8 字节）在 Windows 上是 8 字节对齐的，在 4 字节上对齐 在 Linux 上对齐（带有 -malign-double 编译时间选项的 8 字节）。

我了解 8 字节数据类型是如何以 8 字节对齐的方式存储在内存中的。

如果我们有

struct foo {
    double d1;
    double d2;
};

我知道这个结构的大小是 16 字节。但是对齐方式是什么？

其次，我们如何可视化 4 字节对齐的 8 字节大小？

举个例子：

int a[2];

在上述情况下，a[0] 的偏移量 = 0，a[1] 的偏移量 =32。

但是在 Linux 中如何为double 类型放置它（4 字节对齐）？例如

double d[2];

d[0] 当然会在 Offset = 0 处。d[1] 应该在 Offset=64 处，但对齐信息表明 double 是 4 字节对齐的。也许我在这里遗漏了一些要点。

Answer 1

简答

对齐取决于实现和平台。对于gcc，可以通过__alignof__C扩展关键字(gcc 5.4.0 doc)查询对象的对齐方式，就像使用sizeof操作符查询对象的大小一样。

---

长答案

第一季度。 struct foo { double d1; double d2; } 的对齐方式是什么？

以下示例代码显示，所讨论的struct 的对齐方式在 64 位和 32 位平台之间有所不同。 （使用 gcc 5.4.0 测试）

$ cat main.c
#include <stdio.h>

struct foo {
    double d1;
    double d2;
};

int main()
{
    struct foo s_foo[2];
    printf("%d\n", (int)__alignof__(struct foo));
    printf("%p\n", &s_foo[0]);
    printf("%p\n", &s_foo[1]);
}
$ gcc -m64 -o main main.c
$ ./main
8
0x7fff54213ba0
0x7fff54213bb0
$ gcc -m32 -o main main.c
$ ./main
4
0xffb5239c   # 4-byte aligned
0xffb523ac   # 4-byte aligned
$ gcc -m32 -malign-double -o main main.c
$ ./main
8
0xffb398b8
0xffb398c8

您可以检查struct dd 对于 32 位是 4 字节对齐的，但在使用 -malign-double 编译或编译为 64 位时是 8 字节对齐。

第二季度。我们如何可视化 4 字节对齐的 8 字节大小？

以下示例显示了这种行为。 struct foo 的 double 类型成员 d1 大小为 8 个字节，但它是 4 个字节对齐的。

$ cat main.c
#include <stdio.h>

struct foo {
    double d1;
    double d2;
};

int main()
{
    struct foo s_foo[2];
    printf("%d\n", (int)sizeof(s_foo[0].d1));
    printf("%d\n", (int)__alignof__(s_foo[0].d1));
    printf("%p\n", &s_foo[0].d1);
}
$ gcc -m32 -o main main.c
$ ./main
8
4
0xffeca1dc