alignas 会影响 sizeof 的值吗？

Question

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    alignas(double) unsigned char c[1024];   // array of characters, suitably aligned for doubles
    alignas(16) char d[100];            // align on 16 byte boundary
    cout<<sizeof(c)<<endl;
    cout<<sizeof(d)<<endl;
    constexpr int n = alignof(int);     // ints are aligned on n byte boundarie
    cout<<n<<endl;
}

这里是代码，对于alignas(double) unsigned char c[1024];，意思是c应该与double对齐，double是8字节。 所以我认为sizeof(c)应该是1024*8字节，但是控制台输出是1024。

所以我很困惑。谁能告诉我原因？

Answer 1

alignas 关键字可用于规定对齐要求。例如alignas(double) 强制变量具有与double 相同的对齐要求。在我的平台上，这意味着变量在 8 字节边界上对齐。

在您的示例中，整个数组将获得对齐要求，因此它在 8 字节边界上对齐，但这不会影响其大小。

但是，当满足对齐要求需要额外的填充时，alignas 可能会更改复合数据类型的大小。这是一个例子：

#include <iostream>
#include <cstddef>

struct Test
{
    char a;
    alignas(double) char b;
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    Test test;
    std::cout << "Size of Struct: " << sizeof(Test) << std::endl;
    std::cout << "Size of 'a': " << sizeof(test.a) << std::endl;
    std::cout << "Size of 'b': " << sizeof(test.b) << std::endl;
    std::cout << "Offset of 'a': " << (int)offsetof(struct Test, a) << std::endl;
    std::cout << "Offset of 'b': " << (int)offsetof(struct Test, b) << std::endl;
    return 0;
}

输出：

Size of Struct: 16
Size of 'a': 1
Size of 'b': 1
Offset of 'a': 0
Offset of 'b': 8

在我的平台上这个结构的大小是 16 字节，尽管两个成员的大小都只有 1 个字节。所以b 并没有因为对齐要求而变得更大，但是a 之后还有额外的填充。您可以通过查看各个成员的大小和偏移量来了解这一点。 a 的大小只有 1 个字节，但由于我们的对齐要求，b 在 8 个字节偏移后开始。

并且结构的大小必须是其对齐的倍数，否则数组不起作用。因此，如果您设置的对齐要求大于整个结构的开头（例如，一个仅包含一个 short 的结构并且您将 alignas(double) 应用于该数据成员），则必须在其后添加填充。

Answer 2

实际上，我发现的 C++ 标准文档我找不到任何提及 alignas() 对对象大小 (http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2017/n4713.pdf) 的影响，但根据我的实验（至少在 g++ 8.3、Amd64 上） 它似乎确实会影响它。

struct UnalignedStruct {
    int a;
    int b;
    char c;
};

struct alignas(512) AlignedStruct {
    int a;
    int b;
    char c;
};

int main() {
    std::cout << sizeof(UnalignedStruct) << std::endl;
    std::cout << sizeof(AlignedStruct) << std::endl;
}

输出是

12
512

看起来，它对sizeof() 值有影响。

Answer 3

对齐要求会影响为其指定的整个对象，在本例中，是一个字符数组[1024]。因此，整个数组对齐为 8 个字节，就像它在内存中整体移动了几个字节一样，但它的大小仍然是 1024 字节。