在C中引用对齐的空结构？

Question

我在 SameBoy 模拟器 (v0.13) 中遇到了一组奇怪的宏，它们似乎使用空结构来寻址数据。它看起来像这样：

#define GB_PADDING(type, old_usage) type old_usage##__do_not_use

#define GB_SECTION(name, ...)     \
        __attribute__ ((aligned (8))) struct {} name##_section_start;  \
        __VA_ARGS__;   \
        struct {} name##_section_end
#define GB_SECTION_OFFSET(name)   \
        (offsetof(GB_gameboy_t, name##_section_start))
#define GB_SECTION_SIZE(name)     \ 
        (offsetof(GB_gameboy_t, name##_section_end) - offsetof(GB_gameboy_t, name##_section_start))
#define GB_GET_SECTION(gb, name)  \
        ((void*)&((gb)->name##_section_start))

似乎GB_gameboy_t 是某种类型（可能是GameBoy 的内部结构）。然而，困扰我的部分是 GB_SECTION 和 GB_GET_SECTION 宏。很明显，这些宏的目的是对齐数据。但是，我对空结构（标记为name##_section_start）的扩展感到迷茫。 它是否扩展为空（即 0 字节）？如果是这样，那么GB_GET_SECTION 将指向__VA_ARGS__ 是什么。但是，__attribute__ ((aligned (8))) 限定符的意义何在？或者空结构是否扩展为一些垃圾填充字节？如果是，那么GB_GET_SECTION 将指向垃圾数据。

那么它是哪一个？

Answer 1

标准 C 不允许使用空结构，但 gcc 提供了 extension。它们正是它们看起来的样子，一个大小为 0 的对象，它们完全按照你的期望做，这基本上什么都不是。他们没有可访问的成员。您可以将一个分配给另一个，但它是无操作的。在本例中，它们作为占位符最有用。

__attribute__((aligned (8))) 与通常所做的相同：保证具有此属性的对象在 8 字节边界上对齐。换句话说，它的地址将是 8 的倍数。

在这个程序中，宏用于将大型结构的成员划分为“部分”，每个部分以 8 字节的边界开始，并创建零字节的空结构成员来标记开始和结束每个部分的。代码如下所示：

struct GB_gameboy_s {
    GB_SECTION(foo, int a; short b;);
    GB_SECTION(bar, char c; char d;);
};

typedef struct GB_gameboy_s GB_gameboy_t;

扩展为

struct GB_gameboy_s {
    __attribute__ ((aligned (8))) struct {} foo_section_start;
    int a;
    short b;
    struct {} foo_section_end;
    __attribute__ ((aligned (8))) struct {} bar_section_start;
    short c;
    char d;
    struct {} bar_section_end;
};

所以结构的布局类似于：

• foo_section_start: 偏移量 0，大小 0
• a: 偏移量 0，大小 4
• b: 偏移量 4，大小 2
• foo_section_end: 偏移量 6，大小 0
• bar_section_start: 偏移量 8，大小 0
• c: 偏移量 8，大小 2
• d：偏移量 10，大小 1
• bar_section_end: 偏移量 11，大小 0

注意aligned 属性确保bar_section_start，因此还有c，被放置在偏移量8，而不是偏移量6，否则它们可能是。结构的第 7 和第 8 字节有填充，但请注意，此填充位于 before bar_section_start，因为它必须这样才能使对齐有意义。 bar_section_start 指向 填充之后的第一个字节，而不是填充本身。

现在，可以使用offsetof 找到这些成员的偏移量，并使用它来计算每个部分的大小，就像GB_SECTION_SIZE 一样。例如，here 你可以看到他们将各种成员集写入文件，以保存部分虚拟机状态，使用类似

的代码

fwrite(GB_GET_SECTION(bar), GB_SECTION_SIZE(bar), 1, fd)

这具有写入结构的字节 8 到 10 的效果，即 c 和 d 成员。这比一个一个写出所需的成员要方便一些，尤其是因为在实际代码中不止两个。

不清楚为什么需要对齐，但如果写入转储文件的所有内容都是 8 字节的倍数，可能会更方便。复制对齐的缓冲区也会更有效。

他们可以为start/end 成员使用char 或其他一些标准类型，但结构会变得不必要地大。例如，在这种情况下，a 不能放置在偏移量 0 处，因此将被放置在偏移量 4 处，以便像 int 一样为其提供 4 字节对齐。 b 的偏移量为 8，bar_section_start 的偏移量为 16。这意味着foo 部分使用 16 个字节而不是 8，浪费了一定数量的内存和磁盘空间（尽管确实不太可能非常重要）