对齐这些结构是否符合 C++ 标准答案

【问题标题】：Is it in C++ standard to align such structures对齐这些结构是否符合 C++ 标准
【发布时间】：2012-10-28 17:36:19
【问题描述】：

举个例子

class A
{
public:
  int a; 
  char b;
  int c;
};

我看到的每个编译器（对于 x86、32 或 64 位）都为类 A 分配 12 个字节，而不是 9 个。因此它们将 b 与您可以说的整数边界或总线边界对齐。我的问题是这是否符合 C++ 标准，是否有任何编译器不这样做。

【问题讨论】：

标签： c++ x86

【解决方案1】：

在您的情况下，“b”始终正确对齐。 padded 以在 32 位边界中对齐 c。尽管有一些特定实现的空间，但大多数编译器都遵循将 2 字节和 4 字节变量与 2 字节和 4 字节边界对齐的规则。

在 32 位系统中，double 和 long int（8 字节）也对齐到 4 字节边界，但在 64 位系统中对齐到 8 字节。

【讨论】：

系统如何对齐不同的类型非常依赖于实现。我使用了 32 位系统，其中双精度在 8 字节边界上对齐，并且我已经看到 long double 的各种对齐方式。
嗯，是的，也许 long double 正在推动兼容性的极限。

【解决方案2】：

C++ 标准规定：

对象具有大小为倍数的对齐要求（因此，如果 int 的宽度为 4 个字节，则它需要 1、2 或 4 个字节的对齐，具体取决于实现）。
成员对象（如果它们没有被public等访问说明符分隔）全部按照它们声明的顺序分配
并且按照对齐要求进行分配。

所以不，标准并没有明确说明该类的大小应为 12 字节。

但它确实说b应该在a之后分配，而c应该在b之后分配。

在int 为 4 字节宽且需要 4 字节对齐的平台上，这会留下 12 字节作为最小有效大小：

a 占用前 4 个字节
b 占用一个字节
c 需要 4 个字节，但必须在 4 个字节的边界上分配。 b 结束了一个字节过去这样的边界，因此通过插入 3 个字节的填充找到放置 c 的下一个有效位置。

所以类的总大小最终是成员的大小 (4 + 1 + 4 = 9) 加上三个字节的填充，总共 12 个。

这里还有一条无效的规则，但是如果您按照a, c, b 的顺序定义了成员，这将很重要。

包含类 (A) 从最严格对齐的成员对象继承对齐要求。也就是说，因为它包含一个int，它具有与int 相同的对齐要求。并且因为对象的总大小必须是其对齐要求的倍数，包含顺序为a, b, c 的成员的类仍然需要 12 个字节的存储空间。它只是将 3 个字节的填充移到类的末尾，而不是在 b 和 c 之间。

但是，在某些其他情况下，按大小降序重新排序成员有时会减小类的大小。

假设我们有一个这样的类：

class B {
  char a;
  double b;
  int c;
};

这将需要 24 个字节的存储空间（a 需要 1 个字节，b 需要 8 个字节，c 需要 4 个字节，但是为了确保b 以 8 字节边界结束，我们需要在a 和b 之间有 7 个字节的填充，并且为了确保整个类的大小是 8 的倍数，我们需要在 @ 之后再增加 4 个字节987654347@.

但是根据大小重新排序成员，如下所示：

class B {
  double b;
  int c;
  char a;
};

生成一个只需要 16 个字节的类：

成员对象本身也是相同的 1 + 4 + 8 字节，但现在 c 已经在 4 字节边界上对齐（因为它位于以 8 字节边界结束的 b 之后），并且a 从来不需要任何对齐，所以我们唯一需要的对齐是确保B 的大小是8 的倍数。成员占用13 个字节，所以我们可以添加3 个字节的填充，类结束最多 16 个字节，比第一个版本小 33%。

【讨论】：

您可能还指出，在大多数架构上，访问未对齐的对象会导致某种总线错误，从而导致程序崩溃。在 Intel 上，程序不会崩溃，但如果数据未对齐，它的运行速度仍然会慢很多。

【解决方案3】：

可以在编译时使用 pragma 指令控制结构打包。 See #Pragma Pack

例如，以下不对齐成员，而是将它们彼此相邻放置。

#pragma pack(push, 1)
struct A4
{
  char a;
  double b;
  char c;
};
#pragma pack(pop)

来自 here 的示例。

GCC 也支持编译指示包。该指令不是某些标准的一部分，但很多编译器都支持它。

但是，不应该有这样做的理由。编译器将它们对齐以加快对成员的访问，并且应该没有理由改变它。

【讨论】：

但是在 C++ 标准中是否定义了默认情况是与总线边界对齐。
GCC 支持一组#pragma 指令，但它们支持这一点，因为 MS 的编译器也支持。 pack 指令不是任何标准 AFAIK 的一部分。
事实上，#pragma anything 根据定义不属于任何标准。
@user1018562 在 C++ 中定义了一个实现可以在任何它想要的地方添加填充，除了在结构的开头。（当然，在实践中，除非认为有必要，否则任何实现都不会添加填充，以避免程序崩溃，或者在英特尔的情况下，避免不必要地减慢进程。）
“不应该有这样做的理由” 有这样的用例，例如packing structures for network transport。

【解决方案4】：

是的，标准中到处都提到了对齐，主要是第 3.11 节（对齐）。它依赖于平台，因此任何依赖于对象实际大小的程序本质上都是不可移植的。

【讨论】：

【解决方案5】：

标准允许编译器在必要时填充更多字节。它基本上取决于主机的架构而不是编译器。

【讨论】：