为什么打包结构的大小在这里是 5 而不是 4 字节？

Question

参见在线示例： Ideone example

struct {
  union {
    struct {
      uint32_t messageID : 26;
      uint8_t priority : 3; 
    } __attribute__ ((packed));
    uint32_t rawID : 29;
  } __attribute__ ((packed));
  uint8_t canFlags : 3;
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

为什么编译器会将结构的大小报告为 5 个字节而不是此处的 4 个字节？它应该包含 32 位。

Answer 1

这是因为内存对齐：编译器不会在一个字节的中间开始canFlags，它会在下一个字节的开头开始字节（可能*）。所以你有四个字节用于初始联合，还有一个字节用于 canFlags.

例如，如果您将 canFlags 移入并集，则它（可能*）的大小为 4:

typedef struct structTag {
  union {
    struct {
      uint32_t messageID : 26; /* 26bit message id, 67108864 ids */
      uint8_t priority : 3; /* priority: MUST BE 0 */
    } __attribute__ ((packed));
    uint32_t rawID : 29;
    uint8_t canFlags : 3; /* <==== Moved */
  } __attribute__ ((packed));
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

Updated example on ideone。显然，该特定更改可能不是您想要的；我只是在证明问题是开始一个不在字节边界上的新字段。

* "probably" 因为最终取决于编译器。

Answer 2

在某些编译器中，对于 "merge" 位，所有项都必须属于同一类型。因此，在您现在拥有 uint8_t 的位置将其设置为 uint32_t - 在 IdeOne 使用的编译器中似乎并非如此'

[无论如何，编译器如何合并这些位仍然取决于编译器，因此绝对保证您的数据存储为 32 位的唯一方法是使用单个 uint32_t 和声明一个 class 进行相关的移位和 anding/oring 来操纵值 - 你唯一的保证是你的结构中的一个元素至少有你要求的位数]

正如其他人所指出的，您不能在字节边界以外的地方开始新结构。我通过在联合中添加第二个结构来修复它，如下所示： http://ideone.com/Mr1gjD

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

typedef struct structTag {
  union {
    struct {
      uint32_t messageID : 26; /* 26bit message id, 67108864 ids */
      uint8_t priority : 3; /* priority: MUST BE 0 */
    } __attribute__ ((packed));
    struct {
      uint32_t rawID : 29;
      uint8_t canFlags : 3;
    };
  } __attribute__ ((packed));
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

int main() {
    printf("size: %d", sizeof(idSpecial));
    return 0;
}

Answer 3

问题是 __attribute__((packed)) 不执行按位打包。它只是保证 struct 成员之间没有填充。您可以尝试这个更简单的示例，其中大小也报告为 5:

typedef struct structTag {
    struct {
      uint32_t messageID : 26;
      uint8_t priority : 3;
    } __attribute__ ((packed));
    uint8_t canFlags : 3;
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

按位打包只能用于位域成员。您将需要重新设计您的结构，使其成为具有位域 messageID/priority/canFlags 的结构和具有位域 rowID/canFlags 的结构的联合体。换句话说，您将需要进行一些重复或求助于访问器宏或成员函数。

Answer 4

使用数据结构对齐在计算机内存中排列和访问数据。其中有两个相关问题

对齐
填充

计算机执行写操作时，通常以4字节的倍数写入（32位系统）。这样做的一个原因是为了提高绩效。因此，当您编写任何数据结构时，它首先具有 1 字节变量，然后是 4 字节变量数据，它将在第一个 1 字节数据之后进行填充以使其在 32 位边界上对齐。

struct {
  union {
    struct {
      uint32_t messageID : 26;
      uint8_t priority : 3; 
    } __attribute__ ((packed));
    uint32_t rawID : 29;
  } __attribute__ ((packed));
  uint8_t canFlags : 3;
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

现在在上面的数据结构中，您使用的是 __attribute__ ((packed))，这意味着没有填充。所以 uint32_t 是 4 个字节，但你说它有 26 位和 3 位优先级。现在，由于您在一个结构中拥有两个变量，因此它将保留 32 位而不是 29 位，以便您的第一个结构的信息在边界上对齐。

现在对于 canFlags 它将需要另一个字节。所以这使得 5 个字节而不是 4 个字节。

为什么打包结构的大小在这里是 5 而不是 4 字节？

Why is the size of packed struct 5 instead of 4 bytes here?

c

c++

gcc

struct

bit-fields