c++ - "bit padding"或 "padding bits"到底是什么？

Question

我不想用这个来骚扰你，但我在互联网上的任何地方都找不到对“位填充”到底是什么的详细解释，也没有找到与位填充相关的线程的任何答案在 StackOverflow 上。

我还在 ISO 9899-1990 中搜索了它，其中提到了“位填充”，但完全没有解释，因为我需要它。

我在网络上找到的唯一内容是 here ，其中只给出了一个句子的一个荒谬的简短解释，他说:

bit padding:

Bit padding is the addition of one or more extra bits to a transmission or storage unit to make it conform to a standard size.

Some sources identify bit padding as a type of bit stuffing.

它至少提供了某种信息，但对我来说还不够解释。我不太明白这到底是什么意思。它还指的是术语 "bit stuffing" .

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当我在 StockOverflow 上查看“padding”的相关标签时，填充描述为:

Extra space inserted into memory structures to achieve address alignment -or- extra space between the frame and the content of an HTML element -or- extra spaces or zeros when printing out values using formatting print commands like, in C, the printf*-family of functions.

背景:

我经常发现与数据类型相关的术语“位填充”，但不理解它是什么，也不知道它与这些类型有什么关系。

非常感谢您提供任何基于主题的回答。

Answer 1

I often find the term "bit padding" in relation of data types, but don´t understand what it is nor what it does exactly with those.

要点是它们是“浪费”的空间。我说“浪费”是因为虽然填充位会使对象变大，但它可以使处理对象更容易(这意味着更快)并且小的空间浪费可以产生巨大的性能提升。在某些情况下，这是必不可少的，因为 CPU 无法处理如此大小的对象。

假设您有一个结构(所有数字只是一个例子，不同的平台可以有不同的值):

struct foo
{
    short a; // 16 bits
    char  b; // 8 bits 
};

您正在使用的机器在一次读取操作中读取 32 位数据。读取单个 foo 不是问题，因为整个对象都适合该 32 位 block 。当你有一个数组时，真正成为问题的是。关于数组要记住的重要一点是它们是连续的，元素之间没有空格。它只是一个对象紧接着另一个对象。所以，如果你有一个像

这样的数组

foo array[10]{};

第一个 foo 对象在一个 32 位桶中。数组的下一个元素将位于第一个 32 位存储桶和第二个 32 位存储桶中。这意味着成员 a 位于两个不同的桶中。有些处理器可以做到这一点(需要付费)，而如果您尝试这样做，其他处理器只会崩溃。为了解决这两个问题，编译器将在 foo 的末尾添加填充位以填充它的大小。这意味着 foo 实际上变成了

struct foo
{
    short a; // 16 bits
    char  b; // 8 bits 
    char  _; // 8 bits of padding
};

现在处理器可以很容易地自行或处理数组中的 foo 对象。它不需要做任何额外的工作，而且您只为每个对象添加了 8 位。你需要很多对象才能在现代机器上开始发挥作用。

有时，由于未对齐访问，您还需要在类型的成员之间进行填充。假设你有

struct bar
{
    char c; // 8 bits
    int  d; // 32 bits
};

现在 bar 是 40 位宽，d 更频繁地再次存储在两个不同的桶中。为了解决这个问题，编译器在 c 和 d 之间添加了填充位，比如

struct bar
{
    char    c; // 8 bits
    char _[3]; // 24 bits
    int     d; // 32 bits
};

现在 d 保证进入单个 32 位桶。