使用位域的结构大小不正确

Question

我最近不得不处理结构中的位域，并且遇到了我无法解释的行为。

下面的struct应该是9个字节，根据各自的sizeof。但是对主结构执行 sizeof 会产生 10 个字节。

以下程序产生“10; 1 1 2 1 2 1 1 =9”

int main(){
    struct{
        uint8_t doubleoscillator;

        struct{
            char monophonic : 1;
            char hold : 1;
            char padding : 6;
        } test;

        int16_t osc1_multisound; //int
        int8_t osc1_octave; // -2..1
        int16_t osc2_multisound; //int
        int8_t osc2_octave; // -2..1
        int8_t intervall;
    }osc;
    std::cout << sizeof(osc) << "; ";

    int a[7];
    a[0] = sizeof(osc.doubleoscillator);
    a[1] = sizeof(osc.test);
    a[2] = sizeof(osc.osc1_multisound);
    a[3] = sizeof(osc.osc1_octave);
    a[4] = sizeof(osc.osc2_multisound);
    a[5] = sizeof(osc.osc2_octave);
    a[6] = sizeof(osc.intervall);

    int total = 0;
    for(int i=0;i<7;i++){
        std::cout << a[i] << " ";
        total += a[i];
    }

    std::cout << " = " << total << std::endl;
    return 0;
}

为什么结构体内部变量的单个 sizeof() 和 osc 结构体的 sizeof() 产生的结果不同？

Answer 1

主要出于性能原因，在结构的每个成员之前添加填充，以在结构的内存布局中对齐所述成员。因此ocs2_multisound 之前可能有一个填充字节，以确保它出现在结构中的多个字节处，该字节数是 2 的倍数（因为int16_t 的对齐方式为 2）。

此外，在完成所有这些操作之后，结构的总大小将被填充为其最严格对齐要求的倍数（即任何持有字段的最高对齐）。就是这样，例如所述类型数组的元素都将正确对齐。

可以在编译时通过alignof(T) 检查类型的对齐方式，其中T 是类型。

在这种情况下增加的大小是不可避免的，但减少填充字节的常见建议是按降序排列的顺序排列结构成员。这是因为下一项可以保证正确对齐而无需填充，因为前一个字段是相同对齐或更严格的对齐。因此，如果添加任何填充，它只会填充结构的总大小，而不是（浪费）字段之间的填充。

如今，对齐的原因主要是为了提高效率。在支持它的硬件上读取未对齐的内存块通常会慢两倍，因为它实际上是在读取它周围的两个内存块并提取它需要的内容。但是，如果您尝试读/写未对齐的内存，也有一些硬件根本无法工作。此类硬件通常会在此事件中触发硬件异常。