结构的大小和对齐方式

Question

根据此post，struct 的对齐是特定于实现的，这意味着不同的编译器将以不同的方式对齐 struct 中的成员，从而在不同的编译器中给出相同结构的不同大小。

但是，在这个 video 中，演讲者听起来像是以下结构在编译器中的大小必须为 16 和 12：

#include <iostream>

struct C {
    uint64_t x;
    uint32_t y;
};

struct D {
    uint32_t x;
    uint32_t y;
    uint32_t z;
};

int main() {
    std::cout << sizeof(C) << std::endl;
    std::cout << sizeof(D) << std::endl;
}

他们确实是 16 岁和 12 岁。

为什么他们必须是 16 岁和 12 岁？不是 16 和 16 吗？

Answer 1

And they are indeed 16 and 12.

他们是这个尺寸，给定：

• 您使用的编译器（和选项）
• 你的目标平台
• 代码中缺少与 aligment/packing 相关的指令

对于你的视频，我想演讲者只是用给定的 platform/toolchain 来发展他的例子。但是一般来说，由于 sizeof(T) 是 compiler/platform 相关的，因此 std::atomic<T>::is_lock_free() 也是 compiler/platform 相关的。

例子

使用以下结构：

struct C {
    uint64_t x;
    uint32_t y;
};

不同的编译器和选项

• gcc 9.1 "-m32": sizeof(C) = 12
• msvc x86 19.20: sizeof(C) = 16

目标平台

• gcc 6.2 for x86-64: sizeof(C) = 16
• gcc 6.2.1 for MSP430: sizeof(C) = 12

Alignment/packing 指令

• gcc 9.1 x64 - default: sizeof(C) = 16
• gcc 9.1 x64 - packed: sizeof(C) = 12
• gcc 9.1 x64 - align 128: sizeof(C) = 128

为什么会有这些差异？

编译器可以在 structure/class 的任何字段后自由添加未使用的 bits/bytes。他们这样做是出于性能原因：在某些平台上，read/write a multi-byte int 验证某些对齐属性（通常是 N 字节的地址int 必须能被 N 整除）。

通常，您的 C++ 编译器在您背后执行低级优化很方便。有时您希望对此功能进行更多控制（non-exhaustive 原因列表）：

• 当您序列化将由不同程序读取的数据时（保存到文件，发送到网络）。
• 当内存使用比执行速度更重要时。
• 在多核&多线程程序中，控制内核之间CPU cache line can limit cache invalidations个数struct，提高执行速度。

这就是编译器通常提供实用程序来控制它的原因。

TL;DR

对于给定的 T，sizeof(T) 不会 "have" 成为任何东西。它是 compiler/platform 相关的，您通常可以使用特定的编译器指令覆盖它。