c++ - 为什么调用 memcpy 到 bool 值后 memcpy 到 int 不起作用

Question

我在玩 memcpy 时偶然发现了一个奇怪的结果，在 bool memcpy 之后对同一内存指针调用的 memcpy 给出了意想不到的结果。

我创建了一个简单的测试结构，其中包含一堆不同类型的变量。我将结构转换为 unsigned char 指针，然后使用 memcpy 将数据从该指针复制到单独的变量中。我试着绕过 memcpy 的偏移量并将 int memcpy 移到 bool 之前(更改了测试结构的布局，以便 int 也位于 bool 之前)。令人惊讶的是，转移解决了问题。

// Simple struct containing 3 floats
struct vector
{
    float x;
    float y;
    float z;
};

// My test struct
struct test2
{
    float a;
    vector b;
    bool c;
    int d;
};

int main()
{
    // I create my structure on the heap here and assign values
    test2* test2ptr = new test2();
    test2ptr->a = 50;
    test2ptr->b.x = 100;
    test2ptr->b.y = 101;
    test2ptr->b.z = 102;
    test2ptr->c = true;
    test2ptr->d = 5;

    // Then turn the struct into an array of single bytes
    unsigned char* data = (unsigned char*)test2ptr;
    // Variable for keeping track of the offset
    unsigned int offset = 0;

    // Variables that I want the memory copied into they
    float a;
    vector b;
    bool c;
    int d;

    // I copy the memory here in the same order as it is defined in the struct
    std::memcpy(&a, data, sizeof(float));
    // Add the copied data size in bytes to the offset
    offset += sizeof(float);

    std::memcpy(&b, data + offset, sizeof(vector));
    offset += sizeof(vector);

    std::memcpy(&c, data + offset, sizeof(bool));
    offset += sizeof(bool);

    // It all works until here the results are the same as the ones I assigned
    // however the int value becomes 83886080 instead of 5
    // moving this above the bool memcpy (and moving the variable in the struct too) fixes the problem
    std::memcpy(&d, data + offset, sizeof(int));
    offset += sizeof(int);

    return 0;
}

所以我预计 d 的值为 5，但它变成了 83886080，我认为这只是随机未初始化的内存。

Answer 1

您忽略了结构中数据的填充。

看看下面的简化示例:

struct X
{
    bool b;
    int i;
}; 

int main()
{
    X x;
    std::cout << "Address of b " << (void*)(&x.b) << std::endl;
    std::cout << "Address of i " << (void*)(&x.i) << std::endl;
}

这在我的电脑上的结果是:

Address of b 0x7ffce023f548

Address of i 0x7ffce023f54c

如您所见，结构中的 bool 值在这里占用 4 个字节，即使它在其内容中使用的更少。编译器必须向结构添加填充字节，以使 cpu 可以直接访问数据。如果您将数据按照代码中的写入方式进行线性排列，则编译器必须针对所有访问生成汇编指令，以便稍后对齐数据，这会大大降低您的程序速度。

您可以通过添加 pragma pack 或与您的编译器类似的东西来强制编译器这样做。所有的 pragma 都是特定于编译器的!

对于您的程序，如果 memcpy 的数据不是您要访问的元素之前的数据元素的大小，则必须使用地址，因为这会忽略填充字节。

如果我在我的程序之前添加一个pragma pack(1)，输出是:

Address of b 0x7ffd16c79cfb

Address of i 0x7ffd16c79cfc

如您所见，bool 和 int 之间不再有填充字节。但是后面访问 i 的代码会很大很慢!所以完全避免使用 #pragma pack!