相对于结构定义位置(和填充)的 C malloc 偏移量

Question

C题:

malloc'ing 结构是否总是导致内部数据从上到下的线性放置？作为第二个小问题:填充大小是否有标准，或者它在 32 位和 64 位机器之间有所不同？

使用这个测试代码:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct test
{
    char a;
    /* char pad[3]; // I'm assuming this happens from the compiler */
    int b;
};

int main() {
    int size;
    char* testarray;
    struct test* testarraystruct;

    size = sizeof(struct test);
    testarray = malloc(size * 4);
    testarraystruct = (struct test *)testarray;
    testarraystruct[1].a = 123;

    printf("test.a = %d\n", testarray[size]); // Will this always be test.a?

    free(testarray);
    return 0;
}

在我的机器上，大小始终为 8。因此我检查 testarray[8] 以查看它是否是第二个结构的“char a”字段。在这个例子中，我的机器返回 123，但这显然不能证明它总是如此。

C 编译器是否保证结构是按线性顺序创建的？

我并不是说这样做是安全的或正确的，这是一个好奇的问题。

如果变成 C++，这会改变吗？

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更好的是，如果将内存分配到 0x00001000，我的内存会像这样吗？

0x00001000 char a      // First test struct
0x00001001 char pad[0]
0x00001002 char pad[1]
0x00001003 char pad[2]
0x00001004 int  b      // Next four belong to byte b
0x00001005 
0x00001006 
0x00001007 
0x00001008 char a      // Second test struct
0x00001009 char pad[0]
0x0000100a char pad[1]
0x0000100b char pad[2]
0x0000100c int  b      // Next four belong to byte b
0x0000100d
0x0000100e 
0x0000100f 

注意:这个问题假设 int 是 32 位

Answer 1

• 据我所知，struct 的 malloc 不是线性放置数据，而是为结构中的成员线性分配内存，当您创建它的对象时也是如此。
• 这也是填充所必需的。
• 填充还取决于机器类型(即 32 位或 64 位)。
• CPU 根据内存是 32 位还是 64 位获取内存。

• 对于 32 位机器，您的结构将是:

  struct test
  {
      char a; /* 3 bytes padding done to a */
      int b;
  };
  

• 这里您的 CPU 获取周期是 32 位，即 4 个字节

• 所以在这种情况下(对于这个例子)CPU 需要两个获取周期。

• 为了在一个获取周期内更清晰，CPU 分配了 4 个字节的内存。因此将对“char a”进行 3 个字节的填充。

• 对于 64 位机器，您的结构将是:

  struct test
  {
      char a;
      int b; /* 3 bytes padding done to b */
  }
  

• 这里的 CPU 获取周期是 8 个字节。

• 因此在这种情况下(对于本示例)CPU 需要一个获取周期。所以这里必须对“int b”进行3个字节的填充。

• 但是你可以避免填充，你可以使用#pragma pack 1

• 但这不会是有效的 w.r.t 时间，因为这里的 CPU 获取周期会更多(对于此示例，CPU 获取周期将为 5)。
• 这是 CPU 获取周期和填充之间的权衡。