C++ POD结构继承？派生成员的内存布局是否有任何保证答案

【问题标题】：C++ POD struct inheritance? Are there any guarantees about the memory layout of derived membersC++ POD结构继承？派生成员的内存布局是否有任何保证
【发布时间】：2014-04-19 17:02:45
【问题描述】：

假设我有一个struct RGB，我想创建struct RGBA，它继承RGB：

struct RGB {
    unsigned char r;
    unsigned char g;
    unsigned char b;
};

struct RGBA: RGB {
    unsigned char a;
};

两者都将用于读取未压缩的图像数据：

RGBA *pixel=static_cast<RGBA *>(image->uncompressed_data);

问题：关于struct RGBA 的内存布局，这样安全吗？有没有人保证：

unsigned char a 出现在 RGB struct 之后（不是之前）
struct RGB 和来自struct RGBA 的a 参数之间没有填充？

#pragma pack 会帮忙吗？这都是关于继承期间的内存布局。

【问题讨论】：

标准中不保证r 和g 之间没有填充。标准中也没有保证RGBA 所需的对齐方式。因此，即使不必回答您提出的实际问题，这也不安全。
只需创建一个带有布尔值的 RGBA 类，它指示是否使用 Alpha 通道。
你还需要考虑字节序。只需编写执行所需按位操作的打包/解包函数，您就可以省去很多麻烦。

标签： c++ inheritance

【解决方案1】：

我可能错了，但在我看来你可以定义：

struct RGBA {
    struct RGB base;
    unsigned char g;
};

并且 (1) RGBA 将是 POD，并且 (2) 您可以双向投射：

RRBA x;
RGB* x_rgb = reinterpret_cast<RGB*>(&x);
RGBA* x_rgba = reinterpret_cast<RGBA*>(x_rgb);

我怀疑会有一些填充可能会被 attribute((packed)) 消除。

【讨论】：

是的，在这里查看更多信息：stackoverflow.com/a/1114362/9967707

【解决方案2】：

正如这里所有先前的答案已经说明的那样：标准不保证。但是，如果您仍然需要这样的 POD 继承（派生类实际上不再是 POD），您至少可以通过使用 static_assert 验证当前编译器的行为是否符合要求。如果您切换到另一个行为不同的编译器，那么您至少应该得到编译器错误。但是，如果您的代码应该易于移植，这可能是一种不好的做法。

我还建议使用编译器变量属性__attribute__((packed)) 来声明您的POD 结构并使用<cstdint>。这适用于例如GCC，但也可能因您使用的编译器而异。

#include <cstdint>

struct __attribute__((packed)) RGB {
    uint8_t r;
    uint8_t g;
    uint8_t b;
};

struct __attribute__((packed)) RGBA : RGB {
    uint8_t a;
};

static_assert( sizeof(RGB) == 3u, "Unexpected size" );
static_assert( sizeof(RGBA) == 4u, "Unexpected size" );

【讨论】：

【解决方案3】：

不，不保证布局。唯一的保证是标准布局类；而这样一个类的条件之一是它

要么在派生最多的类中没有非静态数据成员，并且最多有一个具有非静态数据成员的基类，要么没有具有非静态数据成员的基类

换句话说，所有数据成员必须在同一个类中，不能超过一个。

【讨论】：

【解决方案4】：

检查填充很容易：打印sizeof(RGB) 和sizeof(RGBA)。如果不是 3 个相应的 4 个，则结构被填充，您需要将其删除。

如果成员a在b之后，可以使用offsetof查看每个成员的偏移量。如果a 的偏移量比b 的偏移量大一，那么a 就在b 之后。

【讨论】：

使用编译器 XYZ 检查它只是告诉编译器是如何实现它的——而不是它是否符合标准的行为。
@BЈовић 由于 OP 想知道是否需要 #pragma pack，我猜 OP 有一个特定的编译器，不用担心可移植性。
我不知道#pragma pack 是做什么的，也不知道它适用于哪个编译器。但我认为他们想知道标准的内容。
@BЈовић #pragma pack 强制结构具有一定的对齐方式，覆盖编译器通常分配的任何对齐方式。它得到 MSVC、GCC 和 Clang 的支持。

【解决方案5】：

对于派生成员的内存布局有NO保证，并且演员表不是安全的。

因为你有继承，也可能有填充，这是不微不足道的。

§ 9 类

1 POD struct109 是一个既是普通类又是标准布局类的类，并且没有非 POD 结构、非 POD 联合类型的非静态数据成员 (或此类类型的数组）。类似地，POD 联合是一个既是普通类又是标准布局类的联合，并且没有非-

另外，std::is_pod<RGBA> 不是 POD

std::cout << std::boolalpha;
std::cout << std::is_pod<RGBA>::value << '\n';

结果为假。见live demo

【讨论】：