使用“不完整”结构的可避免填充答案

【问题标题】：Avoidable padding with "unfull" structs使用“不完整”结构的可避免填充
【发布时间】：2013-11-16 15:53:37
【问题描述】：

我试图给this answer 提供一个“合乎逻辑”的反例，表明当我遇到在我看来不合逻辑的情况时，根据它们的大小对结构的成员进行排序会最小化填充。

想象以下结构：

struct A
{
    int32_t a;
    int16_t b;
};

sizeof 这个结构通常会被填充到 8 个字节，以确保 a 对齐，例如在 struct A 的数组中。

现在对这些其他结构进行映像：

struct B
{
    struct A a, b;
    int16_t c, d;
};

struct C
{
    struct A a;
    int16_t c;
    struct A b;
    int16_t d;
};

正如预期的那样，struct B 由于填充，大小为 20。但是，我希望 struct C 的大小为 16，因为可以避免填充，但 ideone 和 gcc（无论是否优化）给出的大小为 24 字节，显然在之后填充 2 个字节每个成员。

我的理由是 struct A 实际上只有 6 个字节，并且应该在必要时填充，例如在 struct A 的数组中或其在 struct B 中的用法。但是，在 struct C 中，struct A 的填充是不必要的，c 可以放置在 a 的填充本来可以放置的位置，并且与 d 和 b 相同。

为什么编译器不通过将c 放在a 的填充位置来最小化填充？

附：我知道sizeof(struct A) 必须返回 8。否则，memset(array_of_A, 0, N * sizeof *array_of_A) 之类的东西将无法正常工作，因为array_of_A 将包含填充，而N * sizeof *array_of_A 将忽略该填充。

我能想到的唯一可能是问题的是，通过上述优化，sizeof(struct C) 将小于所有成员的sizeof。但是，我想不出这样的事情可能会成为问题的情况（即不基于未定义行为的用法）。

【问题讨论】：

不确定我是否理解这个问题，但我认为您要问的内容需要 sizeof() 在同一类型上返回不同的值。例如，sizeof(foo.A) 与 sizeof(struct A) 不同。所以复制这些东西真的很困难。
为什么不重新排列成员？因为 C 编译器最初并不是为此而设计的。它是按照您声明它们的顺序排列的。 C 是一种相当低级的语言，让我们可以更好地控制很多事情，如果编译器改变了事情会很糟糕。如果我声明成员 A、B 和 C，我希望它们按顺序排列在内存中。
@CharlieBurns，我的最后一段试图解决这个问题。 sizeof(foo.a) 不需要与 sizeof(struct A) 不同。当然如果sizeof(foo.a) 返回8，那么它的填充中包含foo.c，但是你不能访问该部分，因为它在结构之外并且访问它是未定义的行为。那么，如果sizeof(foo.a) 返回 8 会有什么问题呢？
@JeffMercado，我不是要求编译器重新排序成员。该标准明确禁止（C11，6.7.2.1.6）
不会 memcpy(&someC.a, &someA, sizeof(someC.a)) 覆盖 someC.c 吗？我想这与答案相同，以及我的评论所要表达的意思。

标签： c

【解决方案1】：

struct C someC;
struct A someA;
*(struct A*)&(someC.a) = someA;

如果编译器支持您描述的填充，上述分配可能会失败（错误地写入someC.c）。

已编辑： 上面的示例依赖于分配结构时的编译器行为。正如我所知（刚刚检查过）gcc 复制，因为结构是内存的平坦区域，这不是成员明智的。

已编辑：从“将失败”更改为“可能失败”，因为未定义是否应复制填充位，请参见 ISO_IEC_9899_2011 的第 6.2.6.1 节第 6 项：

当值存储在结构或联合类型的对象中时，包括在成员中对象，对应于任何填充字节的对象表示的字节采用未指定的值。51)

和脚注51):

51) 例如，结构赋值不需要复制任何填充位。

【讨论】：

sizeof(someC.a) == sizeof(someA)
这是一个陷阱，对。似乎标准最终可能排除了填充，并定义不应复制该填充。但我想这可能会引入不必要的限制。
我接受另一个答案，因为它提供了一个无条件中断的示例。

【解决方案2】：

memcpy(&someC.a, &someA, sizeof(someC.a)) 会覆盖someC.c。

这就是我对sizeof() 的评论所要表达的意思与众不同。要让memcpy() 工作，sizeof(someC.a) 必须与sizeof(someA) 不同，后者似乎要求很多麻烦且很难找到错误。

【讨论】：