除了第一个之外，所有压缩字段的 C 结构与压缩结构不同吗？

Question

在其Common Type Attributes 中，GCC 提供了packed：

此属性，附加到 struct [...] 类型 定义，指定它的每个成员（除了零宽度 位域）被放置以最小化所需的内存。这是 相当于在每个成员上指定packed 属性。

此外，来自 C18 标准（第 6.7.2.1、15-17 节）：

在结构对象中，非位域成员 [...] 的地址按顺序递增 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 [...]，反之亦然。 结构对象内可能有未命名的填充，但不是 开始。 [...] 结构末尾可能有未命名的填充 [...]。

因此，鉴于结构的开头没有填充，在其第一个成员上使用packed 似乎是多余的。反过来（这就是我的问题所在），在其所有成员上使用packed除了第一个似乎不必要地复杂，相当于在结构本身上使用packed（我们使假设所有成员都是整数类型）。

但是，我曾多次遇到类似以下的代码：

struct S {
    unsigned a;
    unsigned b __attribute__ ((__packed__));
    unsigned c __attribute__ ((__packed__));
    unsigned d __attribute__ ((__packed__));
};

我无法弄清楚为什么作者更喜欢这样的斗争

struct S {
    unsigned a;
    unsigned b;
    unsigned c;
    unsigned d;
} __attribute__ ((__packed__));

第一个成员上的packed 会改变结构本身的对齐问题吗？它是否来自我没有考虑过的填充和对齐以外的其他东西（例如旧版本的 GCC 中的怪癖）？另一方面，如果它们是等价的，我怎么能确定它，因为这里的文档是恕我直言，帮助不大？

虽然不能有效证明它们是等价的，但我尝试为各种架构（x86、x86_64、Aarch64）编译structs，它们似乎总是共享相同的布局。

Answer 1

如果第一个成员没有打包，它仍然有它原来的对齐要求，可能大于一个字节，因此结构至少有对齐要求，这也可能需要在结构的末尾填充.

为：

struct S {
    unsigned a;
    unsigned b __attribute__ ((__packed__));
    unsigned c __attribute__ ((__packed__));
    unsigned d __attribute__ ((__packed__));
};

GCC 10.2 for x86-64 表示 _Alignof(struct S) 为 4。而如果 a 或整个结构标记为 __attribute__ ((__packed__));，则表示对齐为 1。

如果我们把最后一个成员改成char：

struct S {
    unsigned a;
    unsigned b __attribute__ ((__packed__));
    unsigned c __attribute__ ((__packed__));
    char d __attribute__ ((__packed__));
};

然后 GCC 说它的大小是 16 字节，表明它添加了三个字节的填充。如果a 或整个结构标记为__attribute__ ((__packed__))，则大小将更改为13。