联合内的位域对齐方式

Question

我对以下代码是如何在内存中布局的感到有点困惑：

struct Thing
{
    union
    {
        unsigned value:24;
        uint8_t bytes[3];
    };
    Thing(int v)
            :value(v)
    {}

    void foo()
    {
        printf("Thing %p value=%d !\n", this, value);
    }

} __attribute__((__packed__));

在Linux3.3、4.3或4.6上(没有我能想到的任何特殊选项-只有4.6上的"-Wall -g“)，结构的大小始终是4：

$ pahole ./union
struct Thing {
        union {
                unsigned int               value;                /*           4 */
                unsigned char              bytes[3];             /*           3 */
        };
[...]

我们在这里有一些类似的代码，其中我们有一个结构中的无符号值:24，有人添加了联合，并无意中将结构的大小从3字节增加到4字节。如果我试图将联合定义为“压缩的”--大小仍然是4，也会发生同样的事情。这种行为是否符合C++规范？解释是什么呢？

后来的编辑:将"C spec“替换为"C++ spec”。

Answer 1

你错过了匿名联盟的打包属性。考虑这个例子：

#define PACKED __attribute__((__packed__))
struct S1 { unsigned value:24; } PACKED ;
struct S2 { union { char a[3]; unsigned value:24; };  } PACKED ;
struct S3 { union { char a[3]; unsigned value:24; } PACKED ;  };


int main() {
   std::cout << sizeof(S1) << std::endl;
   std::cout << sizeof(S2) << std::endl;
   std::cout << sizeof(S3) << std::endl;
}

输出：

3
4
3

packed属性有点奇怪，我总是尝试测试每种可能的组合以获得正确的结果。

Answer 2

好吧，首先，__attribute__((__packed__))是一个gcc的扩展，所以标准没有任何东西来说明可能会发生什么，或者可能不会发生什么。

然而，一般而言，编译器被允许在位字段之间插入它认为合适的任何填充。具体地说，我见过这样的编译器：

 struct
 {
     short a : 8;
     int b : 8;
 }

将在32位边界上对齐b。

基本上，如果使用位域，就只能靠自己了。不能保证字段的顺序或填充。唯一的保证就是位字段的大小。

Answer 3

这个问题被标记为C++，但您提到了C规范。在这一点上，C和C++是有区别的。在C中，位字段只能是整数类型，而C++允许任何整数类型。

由于位域映射为整数类型，因此我希望位域的大小始终为1、2或4。

因此，这将为您提供sizeof 3：

struct Thing
{
    union
    {
        // without 'short' int would be assumed -> 4 bytes
        unsigned short value:15; // -> maps to short -> 2 bytes
        uint8_t bytes[3];        // -> 3 bytes, so the whole union is 3 bytes long
    };
}

对于value:24，它将始终映射到最近的整数类型，即整数。