C 结构的数据对齐

Question

CS:APP 中存在一个问题 (3.45) 关于以下结构中所有字段的字节偏移量。

struct {
  int    *a;
  float  b;
  char   c;
  short  d;
  long   e;
  double f;
  int    g;
  char   *h;
} rec;

这是书中的答案，它给出了 c 三字节填充，d 两字节填充和 g 四字节填充。

field  size  offset
-----  ----  ------
a      8     0
b      4     8
c      1     12
d      2     16
e      8     24
f      8     32
g      4     40
h      8     48

这是我的解决方案，只给出 c 一个字节填充和 g 四个字节填充。

field  size  offset
-----  ----  ------
a      8     0
b      4     8
c      1     12
d      2     14
e      8     16
f      8     24
g      4     32
h      8     40

那么，我的解决方案有什么问题？似乎符合对齐规则（edit* "rule" 这里只是我自己简单的概念总结，不是完整的或笼统的），所有对象的偏移量都是对象大小的倍数。

非常感谢任何解释。

Answer 1

考虑到显示的对象的大小和对齐规则，即每个对象都必须对齐到其大小的倍数，那么，当结构仅使用对齐所需的填充进行布局时，偏移量应为如 Tetrau 的解决方案所示。书上解法不正确

Tetrau 解决方案中显示的偏移量实际上是由 Apple LLVM 10.0.1 和 Clang 1001.0.46.4 为 x86-64 编译产生的偏移量；下面程序的输出是：

struct foo {
  int    *a;
  float  b;
  char   c;
  short  d;
  long   e;
  double f;
  int    g;
  char   *h;
} rec;


#include <stddef.h>
#include <stdio.h>


int main(void)
{
    printf("%zu\n", offsetof(struct foo, a));
    printf("%zu\n", offsetof(struct foo, b));
    printf("%zu\n", offsetof(struct foo, c));
    printf("%zu\n", offsetof(struct foo, d));
    printf("%zu\n", offsetof(struct foo, e));
    printf("%zu\n", offsetof(struct foo, f));
    printf("%zu\n", offsetof(struct foo, g));
    printf("%zu\n", offsetof(struct foo, h));
    printf("%zu\n", sizeof rec);
}

备注

对象需要与其大小的倍数对齐的规则适用于本练习，但应注意这不是一般规则。一台机器可能有一些 eight-byte 对象，但只有总线和其他四个字节宽的内存访问特征，因此它最多只关心任何对象的 four-byte 对齐。或者结构成员可能是另一个结构，即大小为九个字节（例如 struct bar { char x[9]; }），但其对齐要求不会是九个字节。

Answer 2

答案取决于编译器、平台和编译选项。一些例子：

https://godbolt.org/z/4tAzB_

作者题目怕是没看懂

C 结构的数据对齐

Data Alignment for C struct

c

memory

struct

memory-alignment

备注