编译器如何处理错位？答案

【问题标题】：How does the compiler handle the misalignment?编译器如何处理错位？
【发布时间】：2015-10-21 19:12:18
【问题描述】：

SO 问题Does GCC's __attribute__((__packed__))…? 提到__attribute__((__packed__)) 确实“打包会在访问打包结构的字段时引入对齐问题。编译器将在直接访问字段时考虑这一点，但在访问字段时不会考虑通过指针”。

编译器如何确保直接访问字段？我想它在内部添加了一些填充或做一些指针魔术。在下面的例子中，编译器如何确保y与指针相比被正确访问？

struct packet {
    uint8_t x;
    uint32_t y;
} __attribute__((packed));

int main ()
{
    uint8_t bytes[5] = {1, 0, 0, 0, 2};
    struct packet *p = (struct packet *)bytes;

    // compiler handles misalignment because it knows that
    // "struct packet" is packed
    printf("y=%"PRIX32", ", ntohl(p->y));

    // compiler does not handle misalignment - py does not inherit
    // the packed attribute
    uint32_t *py = &p->y;
    printf("*py=%"PRIX32"\n", ntohl(*py));
    return 0;
}

【问题讨论】：

我不认为你可以通过在@ 符号中提及某人的名字来邀请某人回答你的问题；他们必须已经发表评论（对此问题），然后您的评论就是对他们的回复。因此，如果 Ambroz 没有因为您的评论而注意到这个问题，您应该不会感到惊讶。
您不能使用 at 符号语法来 ping 某人，除非他们已经参与了您发布的线程。在这里向特定用户提出问题也不合适。这不是聊天室或“做我的私人顾问或老师”网站。
这是目标极其重要的目标之一。例如，对齐在 z80 上甚至不是真正的事情，在 x86 上大多是可选的，但在某些 RISC 架构上至关重要。那么，你想针对什么目标考虑这个问题呢？
@harold：基本上我在使用 arm 的嵌入式环境中工作。无论如何，这个问题得到了 Barmer 的出色回答。
对于 ARM，它取决于版本。

标签： c gcc padding compiler-optimization

【解决方案1】：

当编译器看到符号p->y 时，它知道您正在访问一个结构成员，并且由于p 的声明，该结构已被打包。它将其转换为逐字节读取的代码，并执行必要的位移以将它们组合成一个uint32_t 变量。本质上，它将表达式p->y 视为类似：

*((char*)p+3) << 24 + *((char*)p+2) << 16 + *((char*p)+1) << 8 + *(char*)p

但是当你间接通过*py 时，编译器不知道该变量的值来自哪里。它不知道它指向一个压缩结构，因此它需要执行这种转换。 py 被声明为指向 uint32_t，通常可以使用一次读取整个 32 位字的指令来访问它。但这条指令要求指针与 4 字节边界对齐，因此当您尝试这样做时，由于未对齐，您会收到总线错误。

【讨论】：

@Barmer：哦，这就是为什么我记得某个时候回到某个地方，与对齐访问相比，未对齐的内存访问导致比对齐的内存访问更多的读取，因为编译器发出更多用于读取内存的指令。因此，在未对齐整数访问的情况下，编译器发出 4 条指令来获取整数内存，而在对齐内存的情况下只有一次访问，对吗？
是这样吗？像这样的未对齐读取只是 x86 上的一条指令，除非编译器很傻。
取决于具体的硬件架构。