C 联合中的变量对齐方式在所有系统上都相同吗？答案

【问题标题】：Will the alignment of variables in a C union be the same on all systems?C 联合中的变量对齐方式在所有系统上都相同吗？
【发布时间】：2018-08-02 23:11:22
【问题描述】：

考虑以下联合：

typedef union {
    struct { // Anonymous struct
        int red;
        int green;
        int blue;
    };
    int colorChannels[3];
} Color;

不管这段代码在哪个系统上编译或执行，匿名结构中的字段是否总是与 colorChannels 中的索引对齐？

也就是说，规范是否要求myColor.colorChannels[0]的内存地址与myColor.red的地址相同？

另外，如果将代码编译为 C++ 而不是 C，答案会有所不同吗？

请注意，我询问的是联合中的每个元素都具有相同类型/大小的特定情况（即在这种情况下为 int）

【问题讨论】：

答案是“通常，但不是必须的”。您可能想要添加一个静态断言。请注意，在 C++ 中，像这样通过联合进行双关语是未定义的行为。
没有。而且很难理解为什么您会关心他们是否这样做，除非您将这种对齐方式用于一些非常不便携的转换滑稽动作。
注意：允许编译器在成员之间添加填充，例如支持有利于处理器寻址的对齐。
@EKW 这不是在 C++ 中实现这一点的方法。
那你为什么把它标记为C++？我刚刚删除了它。

标签： c memory struct unions

【解决方案1】：

不管这段代码在哪个系统上编译或执行，匿名结构中的字段是否总是与 colorChannels 中的索引对齐？

不一定。该实现可以在struct 的各个变量之间添加字节“填充”。 “填充”只是以实现定义的方式插入到struct 的变量之间或末尾的内存定义中的额外内存字节。如果发生这种情况，那么您的整数数组将不会与 struct 的内存布局对齐（除非填充仅位于 struct 的末尾，可能）。内存中struct 中变量的顺序在不同的实现中应该是一致的（因为变量a 后面跟着b，然后是内存中的c），但是，同样，之间的字节填充仍然可以在那里（例如，a 在内存中后跟b，但在a 和b 之间有填充，因此它们在内存中不是紧挨着的）。

对于像 gcc 这样的编译器，there are ways to modify how it handles padding。这可以帮助保证 struct 将与您的整数数组在内存中对齐，但这可能会导致下游的其他内存问题。

也就是说，规范是否要求myColor.colorChannels[0]的内存地址与myColor.red的地址相同？

如果struct 的red、green 和blue 之间没有填充，则colorChannels 的索引将与内存中的每个变量匹配。

【讨论】：

虽然从语言律师的角度来看是正确的；考虑到数组不能有填充但仍然必须正确对齐整数，因此结构选择不同的包装将是非常令人惊讶。另一方面，这是一个可能在 C 中有效但在 C++ 中完全禁止的技巧，因此不是最好的使用方法。

【解决方案2】：

C 标准对此不做任何保证，但它可能在任何存在的实际系统上都是正确的。

我建议在代码中添加编译时检查，以便万一有一些系统添加了填充，你会得到一个编译错误，你可以在当时处理：

_Static_assert( sizeof(Color) == 3 * sizeof(int),  "We're on a weird system boys." );

注意。 _Static_assert 是在 C11 中添加的，在此之前你可以使用一些 hack as described here

【讨论】：

有趣。我不知道_Static_assert。感谢您的建议！