c - 具有 union 和位域的结构的大小

Question

我正在尝试计算此结构的字节大小并有几个问题

struct stc {
    int a;
    int b;
    char c;
    union stc2 {
        long a0;
        int a1;
        int a2;
    };
    char arr[10];
    int z:2;
};

我正在以这种方式检查尺寸:

int main(void) {
    printf("%zu\n", sizeof(struct stc));
}

并编译:

gcc -std=c99 -m32 -Wall -Wextra test.c

它是 gcc 4.9，我在 64 位计算机上，但首先想尝试使用 32 位值，所以 -m32。现在，结果是 20，但我不知道为什么会这样。这就是我的计数方式。

struct stc {     
    int a;        // +4 = 4
    int b;        // +4 = 8
    char c;       // +1 but next is long, so +4 (alignment) = 12
    union stc2 {
        long a0;  // +4 = 16
        int a1;
        int a2;
    };
    char arr[10]; // +8 (for arr[8]) and 2 bits left = 24 (or 28)
    int z:2;      // +4 = 28 (or 32) 
                  // I'm not sure how it'll work with 2 bits left from char array and
                  // 2 bits from int, so that why I count 2 different values. 
};

这很奇怪，所以我试图弄清楚这个问题，我知道这个 union 的大小似乎是 0。

struct stc {
    union stc2 {
        long a0;
        int a1;
        int a2;
    };

sizeof(struct stc) == 0。我认为这是因为编译器优化？如果是这样，如何将其关闭？如果不是，那是为什么？另一个问题当然是如何正确计算这个结构的大小(有或没有优化)以及为什么这个简单结构的大小:

struct stc {
    char arr[10];
};

是 10 而不是 12。如果您不告诉编译器不要对齐值，我认为每个值都与 4、8、12、16、20 等对齐。

Answer 1

所以你在这里有很多问题。我会边走边回答一些问题:

sizeof 结构为零？

您提供了代码:

struct stc {
    union stc2 {
        long a0;
        int a1;
        int a2;
    };
};

请注意，您在结构中没有声明任何变量。您可能打算执行以下操作，其大小可能与 sizeof(long) 相同。

struct stc {
    union stc2 {
        long a0;
        int a1;
        int a2;
    } x;
};

位域布局

那么，让我们试着找出 20 的来源。首先，让我们重写没有 union 的类型，它什么都不做(参见前面的标题)。

另外，请注意，具有位域的结构不需要以与普通类型相同的方式在内存中布局。但无论如何，让我们做一些猜测。

struct stc {
    int a;        // Offset 0,  Size 4
    int b;        // Offset 4,  Size 4
    char c;       // Offset 8,  Size 1
    char arr[10]; // Offset 9,  Size 10
    int z:2;      // Offset 19, Size 1-ish
};

所以看起来很合适。

sizeof 没有四舍五入到 12？

struct stc {
    char arr[10];
};

因此，每种类型都有大小和对齐要求。对于 char，这两个都是 1。对于 uint32_t，它们通常都是 4。但是根据架构，对齐方式可能不同。

所以在这种情况下，struct stc 的任何元素的最大对齐需求是 1。所以整个 struct 的对齐需求仍然是 1，即使大小是 10。

一般来说，您希望为大小添加任何必要的填充，这样声明 struct stc x[2] 会导致所有元素正确对齐。

建议

因此，您可以在这里做一些事情来帮助了解您的编译器正在做什么。

1. 在堆栈溢出时发布有关内存布局的问题时，使用 stdint.h 中定义的类型非常有帮助。其中包括 int32_t 和 int16_t 等类型。这些更好，因为不会混淆 long 的大小。

2. 您可以使用 offsetof 工具来确定编译器放置成员的位置。您可以了解更多有关如何使用它的信息 here .

虽然可以发生填充:

这是一个非常简单的结构示例，其中包含编译器必须插入的大量填充。

struct x {
    uint64_t x; // Offset 0,  Size 8
    char     y; // Offset 8,  Size 1
                // Offset 9,  Size 1 (Padding)
    uint16_t z; // Offset 10, Size 2
                // Offset 12, Size 4 (Padding)
};