如何确定结构成员和填充的大小？

Question

说如果我有一个结构为：

struct simple_struct_1
{
  long long a;
  char b;
  long c;
};

a的地址是：0x7ffd415c8b20 b的地址是：0x7ffd415c8b28 c的地址是：0x7ffd415c8b30 simple_struct_1 的大小为 24

我已经打印了每个成员的地址和结构的大小，我如何显示这个结构是如何在内存中放置的？就像在simple_struct_1 中一样，a 占用 111 个字节并有 222 个填充字节，然后b 占用 333 个字节，后面有 0 个填充字节，c 占用 444 个字节，后面有 555 个填充字节。

Answer 1

您可以尝试使用pahole (poke -a -hole)。这将帮助您满足您的需求。

这是对它的引用。 pahole

Answer 2

您可以使用offsetof 和sizeof 获取每个单独字段的详细信息以及整个结构的大小，例如：

printf ("a      is %d@%d\n", sizeof(simple_struct_1.a), offsetof(simple_struct_1, a));
printf ("b      is %d@%d\n", sizeof(simple_struct_1.b), offsetof(simple_struct_1, b));
printf ("c      is %d@%d\n", sizeof(simple_struct_1.c), offsetof(simple_struct_1, c));
printf ("struct is %d@0\n",  sizeof(simple_struct_1));

这应该能让你锻炼身体：

• 所有字段的偏移量和大小；
• 字段之间的间隙；和
• 最后一个字段之后的间隙（将其偏移量和大小与整个结构的大小相结合。

不用担心 在第一个字段之前填充，ISO 标准禁止这样做。

例如，假设您在左侧看到以下输出，右侧显示的是大小和间隙：

a      is 16@0        16 bytes for a long long
                      no gap (0 + 16 = 16, next at 16)
b      is 1@16         1 byte  for a char
                       7 bytes gap (16 + 1 = 17, next at 24)
c      is 8@24         8 bytes for a long
struct is 32@0        no gap at end (24 + 8 = 32, next at 32)

Answer 3

您可以使用offsetof() 宏从第一个成员开始查找每个字段的字节偏移量（它必须与struct 具有相同的地址，因为不允许在第一个成员之前进行填充）。

将此信息与使用sizeof 运算符获得的各种成员的大小（以及整个struct 的大小以查找尾随填充字节的数量）相结合，可以推断出填充字节的位置.这是一个打印成员地址和偏移量的程序。它还打印成员字节和填充字节的图形表示；破折号表示填充字节。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stddef.h>

struct simple_struct_1 {
    long long a;
    char b;
    long c;
};

char * graph_member(char *ptr, size_t member_sz, size_t padding_sz);

int main(void)
{
    struct simple_struct_1 my_struct;

    printf("sizeof (struct simple_struct_1) = %zu\n",
           sizeof (struct simple_struct_1));
    putchar('\n');

    void *ptra = &(my_struct.a);
    void *ptrb = &(my_struct.b);
    void *ptrc = &(my_struct.c);

    size_t offset_a = offsetof(struct simple_struct_1, a);
    size_t offset_b = offsetof(struct simple_struct_1, b);
    size_t offset_c = offsetof(struct simple_struct_1, c);

    /* Allocate memory for struct padding visualization */
    char *graph = malloc(sizeof my_struct + 1);

    if (graph == NULL) {
        perror("Virtual memory exhausted");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    char *ptr = graph;

    printf("&(my_struct.a) = %p\n", ptra);
    printf("sizeof my_struct.a = %zu\n", sizeof my_struct.a);
    putchar('\n');
    ptr = graph_member(ptr,
                       sizeof my_struct.a,
                       offset_b - sizeof my_struct.a);

    printf("&(my_struct.b) = %p\n", ptrb);
    printf("sizeof my_struct.b = %zu\n", sizeof my_struct.b);
    printf("&(my_struct.b) - &(my_struct.a) = %zu\n", offset_b - offset_a);
    putchar('\n');
    ptr = graph_member(ptr,
                       sizeof my_struct.b,
                       offset_c - offset_b - sizeof my_struct.b);

    printf("&(my_struct.c) = %p\n", ptrc);
    printf("sizeof my_struct.c = %zu\n", sizeof my_struct.c);
    printf("&(my_struct.c) - &(my_struct.b) = %zu\n", offset_c - offset_b);
    putchar('\n');
    ptr = graph_member(ptr,
                       sizeof my_struct.c,
                       sizeof my_struct - offset_c - sizeof my_struct.c);

    /* Null-terminate graph string and display */
    ptr = '\0';
    puts(graph);

    free(graph);

    return 0;
}

char * graph_member(char *ptr, size_t member_sz, size_t padding_sz)
{
    /* Indicate member */
    for (size_t i = 0; i < member_sz; i++) {
        *ptr = '*';
        ++ptr;
    }

    /* Indicate padding */
    for (size_t i = 0; i < padding_sz; i++) {
        *ptr = '-';
        ++ptr;
    }

    return ptr;
}

示例程序输出：

sizeof (struct simple_struct_1) = 24

&(my_struct.a) = 0x7ffee4af4610
sizeof my_struct.a = 8

&(my_struct.b) = 0x7ffee4af4618
sizeof my_struct.b = 1
&(my_struct.b) - &(my_struct.a) = 8

&(my_struct.c) = 0x7ffee4af4620
sizeof my_struct.c = 8
&(my_struct.c) - &(my_struct.b) = 8

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