使用结构成员作为对内存偏移量的引用是否安全？答案

【问题标题】：Is it safe to use struct members as references to memory offsets?使用结构成员作为对内存偏移量的引用是否安全？
【发布时间】：2013-11-05 02:31:41
【问题描述】：

在 ARM 信息中心网站上，他们有 this 建议使用结构将变量映射到内存地址。

#define PORTBASE 0x40000000

typedef struct Port
{
    uint32_t reg0;
    uint32_t reg1;
    uint32_t reg2;
} Port;

volatile struct Port * const reg_p = (struct Port *)PORTBASE;

但是，我看到其他人建议编译器可以在结构对象的成员之间添加填充，并且确保不会发生这种情况的唯一方法是使用打包属性，例如在 GCC __attribute__((__packed__)) 中。

在我看来，填充只会由编译器引入以对齐成员边界，但我在 C99 标准中没有看到它明确指出在其他情况下不应该发生这种情况。事实上，它似乎说它可能会发生。

来自 C99 第 6.7.2.1 节，

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结构或联合对象的每个非位域成员都是对齐的以适合其类型的实现定义的方式。

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在结构对象中，非位域成员和单元位域驻留的地址按顺序增加他们被宣布。指向结构对象的指针，适当地转换后，指向其初始成员（或者如果该成员是位域，然后到它所在的单元），反之亦然。结构对象内可能有未命名的填充，但在其开始。

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结构或联合的末尾可能有未命名的填充。

鉴于上面的例子，在不告诉编译器不要添加填充的情况下，是否保证 reg1 与 reg0 的偏移量正好是 32 位？

【问题讨论】：

您始终可以使用uint32_t[3] 并确保安全。
立即+1 以获得不错的选择。不过，我仍然想知道这件事。如果这是一个坏主意，我想从我以后做的任何事情中消除它。
@KerrekSB 我确实发现了一些我以前没有真正考虑过的东西。虽然 uint32_t[3] 的大小几乎可以保证等于其所有元素组合的大小，但像 Port[3] 这样的东西却不是。
如果你使用这样的地址，那么无论如何你都会被绑定到一些特定的架构上。此代码 AFAIK 的可移植性不大。因此，检查汇编输出是否为您的机器创建了正确的代码，然后它就可以工作了。如果您打算便携，那么查看标准最有兴趣，在这种情况下我并没有真正看到。
不完全是：Port[3] 的大小也是Port 的三倍，但不一定一定是uint32_t 的九倍。

标签： c

【解决方案1】：

添加成员之间的填充，使Values对齐到32Bit（取决于架构）例如uint32_t 应该从对齐的偏移量 4*2^x 开始，以便更快地访问可以使用普通的 32 位指针，因为您的结构仅包含 32 位值如果 PORTBASE 是对齐地址，这将自动为真。

因此，在这种情况下，编译器不应添加填充，但你可以随时添加

__attribute__((__packed__))

确定。

编译器会在以下情况下添加填充：

struct
{
    uint8_t  a;
    uint32_t b;
}

其中 b 最终会出现在未对齐的地址上。

问题在于，对于 arm，您可能会得到不完全兼容 C99 的编译器。

【讨论】：