为什么这个结构填充技巧有效？

Question

考虑这个简单的程序

#include <iostream>

struct A
{
    int   x1234;
    short x56;
    char  x7;
};

struct B : A
{
    char x8;
};

int main()
{
    std::cout << sizeof(A) << ' ' << sizeof(B) << '\n';
    return 0;
}

这打印出8 12。尽管B 可以在不破坏对齐要求的情况下打包成 8 个字节，但它却占用了 12 个字节。

如果有sizeof(B) == 8 会很好，但答案是 Is the size of a struct required to be an exact multiple of the alignment of that struct? 表示没有办法。

因此，当以下情况发生时，我感到很惊讶

struct MakePackable
{
};

struct A : MakePackable
{
    int   x1234;
    short x56;
    char  x7;
};

struct B : A
{
    char x8;
};

打印8 8。

这里发生了什么？我怀疑标准布局类型与它有关。如果是这样，那么导致上述行为的原因是什么，而该功能的唯一目的是确保与 C 的二进制兼容性？

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编辑：正如其他人指出的那样，这是 ABI 或编译器特定的，所以我应该补充一点，在使用以下编译器的 x86_64-unknown-linux-gnu 上观察到了这种行为：

• clang 3.6
• gcc 5.1

我还从 clang 的 struct dumper 中发现了一些奇怪的东西。如果我们要求没有尾部填充（“dsize”）的数据大小，

          A   B
first     8   9
second    7   8

那么在第一个例子中我们得到dsize(A) == 8。为什么不是 7？

Answer 1

我不是真正的 C++ 语言律师，但到目前为止我发现的是：

参考this question 中的答案，结构仅保留标准布局 POD，而其自身及其父类之间只有 1 个具有非静态成员的类。所以在这个想法下，A 在这两种情况下都有保证的布局，但B 在任何一种情况下都没有。

支持这一点的事实是，std::is_pod 对 A 为真，B 为假。

• 第一种情况：http://ideone.com/jyPb5J
• 第二种情况：http://ideone.com/bYcLXa

因此，如果我自己正确理解了这一点，那么在这两种情况下，编译器都可以通过 B 的布局来做它想做的事情。显然，在第二种情况下，感觉就像在利用 A 的填充字节。

Answer 2

这是一个数据点，虽然不是完整的答案。

假设我们有（作为一个完整的翻译单元，而不是一个 sn-p）：

struct X {};

struct A
{
    int   x1234;
    short x56;
    char  x7;
}

void func(A &dst, A const &src) 
{
    dst = src;
}

使用g++，这个函数被编译成：

movq    (%rdx), %rax
movq    %rax, (%rcx)

但是如果用struct A : X代替，那么这个函数是：

movl    (%rdx), %eax
movl    %eax, (%rcx)
movzwl  4(%rdx), %eax
movw    %ax, 4(%rcx)
movzbl  6(%rdx), %eax
movb    %al, 6(%rcx)

这两种情况实际上分别对应于OP示例中的8 12和8 8。

原因很清楚：A 可能被用作某个类B 的基础，然后调用func(b, a); 必须小心不要打扰可能驻留在其中的b 的其他成员填充区域（在 OP 的示例中为b.x8）；

我在 C++ 标准中看不到 A : X 的任何特定属性，这会使 g++ 决定填充可在 struct A : X 中重复使用，但在 struct A 中不可用。 A 和 A : X 都是可简单复制、标准布局和POD。

我想这一定只是基于典型用法的优化决策。没有重复使用的版本会更快复制。也许 g++ ABI 设计师可以发表评论？

有趣的是，这个例子表明可简单复制并不意味着memcpy(&b, &a, sizeof b) 等同于b = a！