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c++ - 为什么sizeof()编译器返回的值是依赖的？

coder 2024-02-06 原文 

struct A
{
    char c;
    double d;
} a;

mingw32-gcc.exe中的
  • :sizeof a = 16
  • 在gcc 4.6.3(ubuntu)中:sizeof a = 12

    • 为什么它们不同？我认为应该是16，gcc4.6.3是否做了一些优化？

    最佳答案

    如果需要，编译器可能会为目标体系结构执行数据结构对齐。这样做可能纯粹是为了提高应用程序的运行时性能，或者在某些情况下是处理器需要的(即，如果数据未对齐，则程序将无法运行)。

    例如，大多数(但不是全部)SSE2指令要求数据在16字节边界上对齐。简而言之，计算机内存中的所有内容都有一个地址。假设我们有一个简单的 double 数组，如下所示:

    double data[256];

    为了使用需要16字节对齐的SSE2指令，必须确保&data[0]的地址为16的倍数。

    对齐要求因一种体系结构而异。在x86_64上，建议所有大于16字节的结构在16字节边界上对齐。通常，为了获得最佳性能，请按以下方式对齐数据:
  • 将8位数据对齐到任何地址
  • 对齐要包含在对齐的四字节字
    • 中的16位数据
  • 对齐32位数据，使其基址为四个
    • 的倍数
  • 对齐64位数据，使其基址为八个
    • 的倍数
  • 对齐80位数据，使其基址为16
    • 的倍数
  • 对齐128位数据，使其基址是16
    • 的倍数

    有趣的是，大多数x86_64 CPU都可以使用对齐和不对齐的数据。但是，如果数据未正确对齐，则CPU执行代码的速度将大大降低。

    当编译器考虑到这一点时，它可能会隐式对齐结构的成员，这会影响其大小。例如，假设我们有一个这样的结构:
    struct A {
    char a;
    int b;
};

    假设x86_64，int的大小为32位或4个字节。因此，建议始终将b的地址设置为4的倍数。但是，由于a字段大小仅为1个字节，因此这是不可能的。因此，编译器会在a和b之间隐式添加3个填充字节:
    struct A {
    char a;
    char __pad0[3]; /* This would be added by compiler,
                       without any field names - __pad0 is for
                       demonstration purposes */
    int b;
};

    编译器的工作方式不仅取决于编译器和体系结构，还取决于传递给编译器的编译器设置(标志)。使用特殊的语言构造也可以影响此行为。例如，可以要求编译器不使用packed属性执行任何填充，如下所示:
    struct A {
    char a;
    int b;
} __attribute__((packed));

    在您的情况下，mingw32-gcc.exe只是在c和d之间添加了7个字节，以在8个字节的边界上对齐d。而Ubuntu上的gcc 4.6.3仅添加了3个以使d在4个字节的边界上对齐。

    除非您执行一些优化，尝试使用特殊的扩展指令集或对数据结构有特定要求，否则我建议您不要依赖特定的编译器行为，并且始终假设不仅结构可能会被填充，而且可能在体系结构，编译器和/或不同的编译器版本之间得到不同的填充。否则，您将需要使用编译器属性和设置来半手动地确保数据对齐和结构大小，并使用单元测试或什至static assertions确保所有目标都可以在所有编译器和平台上正常工作。

    有关更多信息，请查看:
  • Data Alignment维基百科上的文章
  • Data Alignment when Migrating to 64-Bit Intel® Architecture
  • GCC Variable Attributes

    • 希望能帮助到你。祝你好运!

    如何最小化填充:

    使所有结构成员正确对齐并同时保持结构大小合理始终是一件好事。考虑这两个具有成员重新排列的struct变体(从现在开始，假定sizeof char，short，int，long，long long分别为1、2、4、4、8):
    struct A
{
    char a;
    short b;
    char c;
    int d;
};

struct B
{
    char a;
    char c;
    short b;
    int d;
};

    两种结构都应该保留相同的数据，但是由于成员的顺序合理，消除了隐式填充，因此sizeof(struct A)将为12个字节，而sizeof(struct B)将为8个字节:
    struct A
{
    char a;
    char __pad0[1]; // implicit compiler padding
    short b;
    char c;
    char __pad1[3]; // implicit compiler padding
    int d;
};

struct B // no implicit padding
{
    char a;
    char c;
    short b;
    int d;
};

    随着成员数的增加，重新排列结构成员可能会容易出错。为了减少出错的可能性，请在开始时最长，在结束时最短:
    struct B // no implicit padding
{
    int d;
    short b;
    char a;
    char c;
};

    构造末尾的隐式填充:

    根据您使用的编译器，设置，平台等，您可能会注意到，编译器不仅在struct成员之前添加填充，还在末尾(即最后一个成员之后)添加填充。结构如下:
    struct abcd
{
    long long a;
    char b;
};

    可能占用12或16个字节(最差的编译器将其允许为9个字节)。这种填充可能很容易被忽略，但是如果您的结构是数组元素，则这非常重要。这将确保您的和后续数组单元/元素中的成员也将正确对齐。

    最终想法和随机想法:

    如果在使用结构时遵循以下建议，它将永远不会伤害(并且实际上可能会挽救您):
  • 不要依靠编译器来对结构成员进行适当的填充。
  • 确保您的结构(如果在外部数组中)与最长成员所要求的边界对齐。
  • 确保您排列结构成员，以使最长的成员排在最前，最后一个成员的成员最短。
  • 确保您明确填充了结构(如果需要)，以便在创建结构数组时，每个结构成员都具有正确的对齐方式。
  • 确保结构的数组也正确对齐，即使结构可能需要8字节对齐，编译器也可能将数组对齐4字节边界。

    • 关于c++ - 为什么sizeof()编译器返回的值是依赖的？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/20353757/

    ampsizeofcodebrcharc++c

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