C - alignas 没有给出预期的结果

Question

C11 中的

Alignas 没有像我预期的那样工作。这是我的代码:

#include <inttypes.h>
#include <stdalign.h>
#include <stdio.h>

struct A
{
    alignas(int32_t) int16_t a;
    int16_t b;
};

struct B
{
    int16_t a;
    alignas(int32_t) int16_t b;
};

struct C
{
    int16_t a;
    int32_t b;
};

struct D
{
    int32_t a;
    int16_t b;
};

int main(void)
{
    printf("%zu, %zu\n", alignof(int16_t), sizeof(int16_t));
    printf("%zu, %zu\n", alignof(int32_t), sizeof(int32_t));
    printf("%zu, %zu\n", alignof(struct A), sizeof(struct A));
    printf("%zu, %zu\n", alignof(struct B), sizeof(struct B));
    printf("%zu, %zu\n", alignof(struct C), sizeof(struct C));
    printf("%zu, %zu\n", alignof(struct D), sizeof(struct D));
}

输出:

2, 2
4, 4
4, 4
4, 8
4, 8
4, 8

我希望所有这些结构的大小都相同。为什么 struct A 与 struct B 的大小不同？我是否误解了 alignas 的工作原理？

Answer 1

假设 int16_t 需要 2 字节对齐，int32_t 需要 4 字节对齐。

struct A
{
    alignas(int32_t) int16_t a;
    int16_t b;
};

这的自然布局是 2 个字节用于 a，2 个字节用于 b，以及整个结构的 2 字节对齐。

但是 alignas(int32_t) 引入了额外的约束:a 必须在 4 字节边界上对齐。这会强制整个结构在 4 字节边界上对齐。但是 a 的大小仍然只有 2 个字节，所以 b 可以紧接着放在 (4n+2) 字节边界上，没有填充。在 b 的 2 个字节之后，我们在 4n+4 上，即再次在 4 字节边界上。这意味着我们不需要在 b 之后进行填充:我们可以立即启动该结构的另一个实例。

总而言之，我们有一个没有填充的结构(sizeof (struct A) 是其成员大小的总和，4)及其第一个成员的对齐方式，4。

struct B
{
    int16_t a;
    alignas(int32_t) int16_t b;
};

这里的情况不同:a 本身只强制 2 字节对齐。但是现在 b 必须在 4 字节边界上对齐，所以整个结构必须在 4 字节边界上对齐，并且在 a 之后插入 2 个字节的填充>。到目前为止，我们有 2 个字节用于 a，2 个字节的填充，2 个字节用于 b，这使我们到达了 (4n+6)(即 4n+2)字节边界。我们需要到达开始的状态，因此在 b 之后插入另外 2 个字节的填充以确保我们在 4 字节边界处结束。

总而言之，我们最终得到 2 + 2 字节的填充和 2 + 2 字节的内容，大小为 8。