在C程序中验证所有结构的最优包装的工具

Question

有没有什么工具可以验证一组特定的C文件中所有结构的对齐，并让我们知道不正确的打包结构，以便可以手动完成正确的打包(填充)？是否有工具可以根据所需的对齐方式对结构进行必要的修改(填充)，并生成相应的文件？

该工具应该确保编译器不会在结构中留下空洞，以便对结构进行最佳打包(而不是求助于#pragma pack或其他类似技巧)，并对结构中的项进行重新排序，以最小化此类空洞。

请让我知道在Windows或Linux中是否存在这样的工具？

Answer 1

很难写一个工具来完成这项工作，因为C语言是一种不受控制的语言，它的预处理器会把一切都搞砸。您需要分析预处理后的代码，并将其与源代码相关联。简单的部分是计算出基本类型的对齐规则。您可以使用一系列结构，例如：

struct a_double { char byte; double d; };

类型所需的对齐方式为offsetof(struct a_double, d)。

然后，您需要解析源代码结构，计算出每个成员的对齐。但是，您还必须准备好处理以下问题：

struct something
{
    int a;
    struct x
    {
        char b;
        double c;
        short s;
    } d[12];
    union y
    {
        void (*function)(void);
        struct z
        {
            char f[23];
            int  g;
        } p;
        void *vp;
    } e;
};

这绝对不是微不足道的。但您还必须记住，在源代码中，它可能是这样的：

struct something
{
     TYPE1 a;
     TYPE2 d[12];
     TYPE3 e;
};

TYPEn类型可以是typedefs，或者宏，或者标识typedefs的宏，或者一些其他对正规性的扭曲。在这种情况下，工具该怎么做呢？它是否需要计算源码中编写的struct something和预处理器生成的struct something之间的映射？它需要很大一部分C编译器来处理这一切，这可能就是为什么能做这项工作的工具如此之少。

如果你的数据结构很简单，你可以应用一些简单的启发式方法，并提出一个“足够好”的解决方案，但所发生的事情的全部普遍性并不是微不足道的。

Answer 2

我的理解是编译器会自动将结构与正确的边界对齐。其中的字段会自动对齐，并根据需要在字段之间插入填充以进行对齐。

这里通常的问题是如何消除字符边界上的填充或以“随机”对齐方式对齐对象。

虽然许多编译器为packing结构提供了pragma，但并不是打包结构的标准选项。

对于不同的对齐，必须分配动态内存，并通过指向结构开始处的指针访问结构。

如果您正在谈论对齐文本，您可能希望编辑您的问题以指定。

Answer 3

我不知道有什么工具可以帮你重新排列，但如果你使用的是GCC，你可以用-Wpadded编译，如果它在任何结构中插入填充，它就会警告你，所以这至少应该是一种检查添加填充的简单方法。