关于结构中内存对齐和sizeof操作符可移植性的问题答案

【问题标题】：Questions about memory alignement in structures and portability of the sizeof operator关于结构中内存对齐和sizeof操作符可移植性的问题
【发布时间】：2012-04-01 07:45:08
【问题描述】：

我有一个关于 C 语言结构的结构填充和内存对齐优化的问题。我正在通过网络发送一个结构，我知道，出于运行时优化的目的，结构内的内存不是连续的。我已经在本地计算机上运行了一些测试，实际上 sizeof(my_structure) 与我所有结构成员的总和不同。我进行了一些研究以找出两件事：

首先，sizeof() 运算符检索结构的填充大小（即将存储在内存中的实际大小）。
在声明中指定 __attribute__((__packed__)) 时编译器禁用了此优化的结构，因此 sizeof(my_structure) 将与我的结构的字段总和完全相同。

话虽如此，我想知道sizeof 运算符是否在每个编译器实现和每个架构上都获得了填充大小，换句话说，使用memcpy 复制结构是否总是安全的，例如使用sizeof 运算符如：

memcpy(struct_dest, struct_src, sizeof(struct_src));

我也想知道 __attribute__((__packed__) 的真正目的是什么)，它是用于在提交结构时在网络上发送不太重要的数据量，还是实际上用于避免一些未指定和平台相关的sizeof 操作员行为？

提前致谢。

【问题讨论】：

如果sizeof 坏了，我们就完蛋了。幸运的是，它不是 - 最糟糕的是，一个本科生在五周内编写的一些半途而废的编译器无法正确实现它。

标签： c memory-management sizeof

【解决方案1】：

不同架构上的不同编译器可以并且确实使用不同的填充。因此，对于有线传输，打包结构以实现一致的二进制布局并不少见。然后，这可以满足在不同架构上运行的线路每一端的代码。

但是，如果您使用这种方法，您还需要确保您的数据类型大小相同。例如，在 64 位系统上，long 在 Windows 上是 4 个字节，而在其他地方几乎是 8 个字节。而且您还需要处理字节顺序问题。标准是以网络字节顺序通过线路传输。实际上，您最好使用专用的序列化库，而不是尝试重新发明所有这些问题的解决方案。

【讨论】：

s/Windows/64-bit Windows/ 和 s/almost everywhere else/on most other 64-bit systems/，但是是的。
感谢大卫的回答，我已经解决了字节序问题:)。我同意其余的。

【解决方案2】：

我正在通过网络发送一个结构

停在那里。也许有些人会不同意我的观点（实际上你确实看到很多项目都在这样做），但struct 是一种在内存中布置事物的方式——它不是一种序列化机制。通过使用此工具完成工作，您已经将自己束缚在一堆不可移植的假设中。

当然，您可以使用诸如结构填充 pragma 和属性之类的东西来伪造它，但是 - 真的可以吗？即使使用那些不可移植的机制，您也永远不知道可能会出现什么怪癖。我记得在一个使用“打包”结构的代码库中工作，然后突然将它带到一个访问必须是字对齐的平台......即使它名义上是它产生的相同编译器（因此支持相同的专有扩展）崩溃的二进制文件。你从这条道路上得到的任何痛苦都可能是应得的，我想说，只有当你能 100% 确定它只会在给定的编译器和环境中运行，并且永远不会改变时，才接受它。我会说更安全的选择是编写一个适当的序列化机制，该机制不允许跨进程边界编写结构。

【讨论】：

嗯，它确实不是一种序列化机制，但我没有将它用于此目的，实际上我是使用原始套接字在低级别发送数据包。通过线路发送结构只是发送原始数据的最常见方式，这就是 OSI 堆栈（在应用程序数据下方）中实现的所有协议的实际工作方式。如您所说，结构是在内存中布置事物的常用方法，但它取决于语言，实际上压缩结构只是一组位。
确实，例如，Linux 内核（举个例子）可能会为此目的使用打包结构，但它们 (a) 依赖于特定的编译器和架构，并且 (b) 必须采用非常小心地正确执行此操作。这是一个好主意吗？我仍然会说这符合“使用structs 作为序列化机制”的资格，根据您的回复，我会花更多时间思考这意味着什么。 :-)
您说的对我可能面临的编译器问题是对的，尽管我正在开发的项目是大学作业，可能无法在其他平台上编译。但是，我喜欢您处理此问题的方法。我感谢您对此的经验，我想知道您实际上面临的问题。顺便说一下，我知道什么是序列化机制，谢谢:)

【解决方案3】：

使用 memcpy 复制结构是否总是安全的，例如使用 sizeof 运算符

是的，这就是提供sizeof 运算符的目的。

通常__attribute__((__packed__)) 不用于大小考虑，而是当您想要确保结构的布局完全符合您的要求时使用。

例如：如果要使用一个结构来匹配硬件或通过线路发送，那么它需要具有完全相同的布局而没有任何填充。这是因为不同的架构通常实现不同种类和数量的填充和对齐，这是确保共同点是使用包装从图片中删除填充。

【讨论】：