c - C中的struct大小不同，并且变量已重新排列

Question

我试图查看为什么在移动结构变量时结构的大小会有所不同，我知道涉及填充，但尚不清楚它在后台的作用

struct test1 {
    long y;
    int a;
    short int b;
    short int t;
}

sizeof(struct test1) = 16

struct test2 {
    long y;
    short int b;
    int a;
    short int t;
}

sizeof(struct test2) = 24

struct test3 {
    int a;
    long y;
    short int b;
    short int t;
}

sizeof(struct test3) = 24

我得到test1的大小是8 +（4 + 2 + 2），没有填充，
但是我不明白为什么test2不返回相同的结果，即8 +（2 + 4 + 2）没有填充。

第三个test3我们看到int占用4个字节+ 4个填充，long占用8个字节，short int占用2个字节+ 2个字节+ 4个填充。

如果test3可以使两个short int成为连续的，为什么test2不使short int，int和short int成为连续的？

另外，这是否意味着我们应该始终确保对结构成员重新排序以最小化填充？

因此，与test2和test3相比，test1总是更好地声明吗？

编辑：
作为后续行动，

struct test4 {
    char asdf[3];
    short int b;
};

sizeof(struct test4) = 6

不应将short int填充为4个字节，因为将数组大小为3的char填充为4个字节吗？

Answer 1

后台发生的是对齐。对齐是要求数据类型的地址可以被某个单元整除。如果该对齐单元是类型本身的大小，则这是符合C的实现中存在的最严格的对齐方式。

C编译器倾向于确保结构布局中的某些对齐方式，即使要求并非来自目标硬件。

如果我们有一个long，即4个字节，后跟一个2个字节的short，则该short可以立即放在long之后，因为4字节的偏移量足以对齐两字节类型。这两个成员之后的偏移量为6。但是，您的编译器并不认为6是4字节int的合适对齐方式。它需要4的倍数。插入两个填充字节以将int移动到偏移量8。

当然，实际数字是特定于编译器的。您必须知道类型的大小以及对齐要求和规则。


另外，这是否意味着我们应该始终确保对结构成员重新排序以最小化填充？


如果最小的结构尺寸在您的应用程序中很重要，则必须从最严格对齐到最不严格对齐的顺序对成员进行排序。如果最小的结构尺寸并不重要，那么您就不必在意这一点。

其他问题可能会加剧，例如与外部布局的兼容性。

或增量增长。如果一段时间内跨多个版本维护了公共使用的结构（由诸如可执行文件和动态库之类的已编译代码的许多实例引用），则通常必须仅在最后添加新成员。在这种情况下，即使我们愿意，也无法获得最小尺寸的最佳顺序。


不应将short int填充为4个字节，因为将数组大小为3的char填充为4个字节吗？


不可以，因为char [4]数组后面的填充字节为1，使偏移量为4。该偏移量足以对齐两个字节的short。此外，短时间内不需要填充。为什么？短路后的偏移为6。结构中最严格对齐的成员是短路，对齐要求为2。6可被2整除。

在这种情况下，两个字节的短字符后需要对齐：struct { long x; short y; }。说long是4个字节。或者，让它变成8，没关系。如果将2字节short放在8字节long之后，则大小为10。如果我们声明此结构的数组a，则会导致问题，因为a[1].x与数组基部的偏移量10：x未对齐。最严格对齐的结构成员是x，对齐要求为（例如）8，与其大小相同。因此，出于数组对齐的目的，必须填充该结构，以使其大小可以被8整除。因此，将需要在末尾添加6个字节的填充，以使大小达到16。

基本上，在成员之前进行填充是为了自己对齐，而在结构末尾进行填充是为了确保所有成员都按阵列对齐，并且由最严格对齐的成员来驱动。

在某些平台上，对齐是一项硬硬件要求！例如，如果在不能被四整除的地址上访问四字节数据类型，则会发生CPU异常。在某些此类平台上，CPU异常可由操作系统处理，该操作系统在软件中实现未对齐的访问，而不是将潜在的致命信号传递给进程。这样的访问非常昂贵，可能需要数百条指令。我似乎记得在Linux的MIPS端口中，这是一个按进程的选项：可以为依赖于该程序的某些不可移植程序（例如，为Intel x86开发的程序）打开未对齐异常的处理，但无法打开对于由于某些损坏错误而仅执行未对齐访问的程序（例如，运气不佳，指向有效内存但地址未对齐的未初始化指针）。

在某些平台上，硬件可以处理未对齐的访问，但是与对齐的访问相比仍然需要付出一定的代价。例如，可能必须进行两次而不是一次的内存访问。

C编译器在分配结构成员和变量时倾向于强制对齐，即使对于不强制对齐的目标计算机也是如此。这样做可能是出于各种原因，例如性能和兼容性。