sizeof(T) == sizeof(int) 吗？

Question

我一直在研究标准草案，但似乎找不到我想要的东西。

如果我有标准布局类型

struct T {
   unsigned handle;
};

那我知道reinterpret_cast<unsigned*>(&t) == &t.handle 有一些T t;

目标是创建一些vector<T> v 并将&v[0] 传递给需要指向无符号整数数组的指针的C 函数。

那么，标准是否定义了sizeof(T) == sizeof(unsigned)，这是否意味着T 的数组与unsigned 的数组具有相同的布局？

虽然this question 解决了一个非常相似的主题，但我询问的是数据成员和类都是标准布局，而数据成员是基本类型的具体情况。

我读过一些段落，似乎暗示也许这可能是真的，但没有什么能打中钉子的。例如：

第 9.2.17 节

两个标准布局结构（第 9 条）类型是布局兼容的，如果 它们具有相同数量的非静态数据成员和对应的 非静态数据成员（按声明顺序）具有布局兼容 类型

这不是我想要的，我不认为。

Answer 1

你基本上是在问，给定：

struct T {
    U handle;
};

是否保证sizeof(T) == sizeof(U).不，不是。

ISO C++03 标准的第 9.2/17 节说：

指向 POD 结构对象的指针，使用 reinterpret_cast，指向它的初始成员（或者如果该成员是 位域，然后到它所在的单元），反之亦然。

假设您有一个struct T 数组。反之亦然部分意味着任何T::handle 成员的地址也必须是struct T 的有效地址。现在，假设这些成员的类型为char，并且您的声明是正确的。这意味着struct T 将被允许有一个未对齐的地址，这似乎不太可能。该标准通常试图不以这种方式束缚实现的双手。为了使您的声明属实，该标准必须要求允许 struct T 具有未对齐的地址。所有结构都必须允许它，因为struct T 可能是前向声明的不透明类型。

此外，第 9.2/17 节继续说明：

[注意：因此，在 POD 结构对象中可能有未命名的填充，但不是在其开头，这是实现适当对齐所必需的。]

换一种说法，这意味着不能保证永远不会有填充。

Answer 2

我已经习惯了 Borland 环境和他们：

在您的情况下，T 是一个结构，因此 sizeof(T) 是结构的大小

• 这取决于编译器的 #pragma pack 和 align 设置
• 所以有时它可能大于 sizeof(unsigned) !!!

同样的原因，如果你有 4Byte struct (uint32) 和 16Byte allign

• 结构 T { uint32 u; };
• 那么T a[100] 不等于uint32 a[100];
• 因为 T 是 uint32 + 12 字节空白空间！！！

Answer 3

撤回：论点是错误的。引理 2 的证明依赖于一个隐藏的前提，即聚合类型的对齐方式严格取决于其成员类型的对齐方式。正如Dyp points out in the commentary，标准不支持该前提。因此，struct { Foo f } 可以接受比Foo 更严格的对齐要求。

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我将在这里扮演魔鬼的拥护者，因为似乎没有其他人愿意。我将争辩说，标准 C++ (I'll refer to N3797 herein) 保证 sizeof(T) == sizeof(U) 当 T 是标准布局类 (9/7) 时，默认对齐具有单个默认对齐的非静态数据成员 U，例如，

struct T { // or class, or union
  U u;
};

这是公认的：

• sizeof(T) >= sizeof(U)
• offsetof(T, u) == 0 (9.2/19)
• U 必须是标准布局类型，T 才能成为标准布局类
• u 具有完全由 sizeof(U) 连续内存字节组成的表示 (1.8/5)

这些事实表明T 的表示的第一个sizeof(U) 字节被u 的表示占据。如果sizeof(T) > sizeof(U)，则多余的字节必须是tail padding：在T 中u 的表示之后插入未使用的填充字节。

简而言之，论据是：

• 该标准详细说明了实现可以向标准布局类添加填充的情况，
• 这些情况均不适用于此特定情况，因此
• 符合标准的实现可能不会添加填充。

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填充的潜在来源

在什么情况下，标准允许实现将这种填充添加到标准布局类的表示中？当需要对齐时：根据 3.11/1，“alignment 是实现定义的整数值，表示可以分配给定对象的连续地址之间的字节数。”有两次提到添加填充，都是出于对齐原因：

• 5.3.3 Sizeof [expr.sizeof]/2 声明“当应用于引用或引用类型时，结果是被引用类型的大小。应用时 对于一个类，结果是该类的对象中的字节数，包括将该类型的对象放入数组中所需的任何填充。最派生类的大小应大于零 (1.8)。将sizeof 应用于基类子对象的结果是基类类型的大小。⁷⁷ 当应用于数组时，结果是数组中的总字节数。这意味着 n 个元素的数组的大小是元素大小的 n 倍。”

• 9.2 类成员 [class.mem]/13 声明“实现对齐要求可能会导致两个相邻的成员不会立即彼此分配；管理虚拟功能 (10.3) 和虚拟基的空间要求也可能如此类 (10.1)。”

• （值得注意的是，C++ 标准不包含一个总括语句，允许实现在结构中插入填充，如 C 标准中那样，例如，N1570 (C11-ish) §6.7.2.1/ 15 “结构对象内可能有未命名的填充，但不是在其开头。”和 /17 “结构或联合的末尾可能有未命名的填充。”）

显然 9.2 的文本不适用于我们的问题，因为 (a) T 只有一个成员，因此没有“相邻成员”，并且 (b) T 是标准布局，因此没有虚拟函数或虚拟基类（每 9/7）。证明 5.3.3/2 不允许在我们的问题中进行填充更具挑战性。

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一些先决条件

引理 1： 对于任何具有默认对齐方式的 W 类型，alignof(W) 除以 sizeof(W)： 数组大小除以 5.3.3/2 W 类型的 n 个元素恰好是 sizeof(W) 的 n 倍（即，数组元素之间没有“外部”填充）。然后，连续数组元素的地址相隔sizeof(W) 个字节。根据对齐的定义，那么alignof(W) 一定会除以sizeof(W)。

引理 2： 只有默认对齐数据成员的默认对齐标准布局类W 的对齐alignof(W) 是对齐的最小公倍数LCM(W)数据成员的个数（如果没有，则为 1）： 给定一个可以分配 W 对象的地址，地址 LCM(W) 字节之外的地址也必须适当对齐：地址之间的差异成员子对象的数量也将是LCM(W) 字节，并且每个此类成员子对象的对齐方式将LCM(W) 分开。根据 3.11/1 中对齐的定义，我们有 alignof(W) 除以 LCM(W)。任何整数字节 n < LCM(W) 都不能被 W 的某些成员 v 的对齐整除，因此距离 W 的对象的地址只有 n 字节的地址因此，对于W 的对象，即alignof(W) >= LCM(W)，分配的没有适当地对齐。鉴于alignof(W) 将LCM(W) 和alignof(W) >= LCM(W) 分开，我们就有alignof(W) == LCM(W)。

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结论

将这个引理应用于原始问题具有alignof(T) == alignof(U) 的直接后果。那么“将这种类型的对象放入数组中可能需要多少填充”？ 无。由于alignof(T) == alignof(U) 被第二个引理除以alignof(U) 以sizeof(U) 除以第一个引理，因此alignof(T) 必须除以sizeof(U) 所以需要零字节的填充来将T 类型的对象放入数组中.

由于已消除了所有可能的填充字节来源，因此实现可能不会向T 添加填充，我们根据需要添加了sizeof(T) == sizeof(U)。