如何在没有未对齐模式的情况下访问打包结构中的变量？

Question

我正在使用打包结构进行直接DMA访问的通信，这是我的测试代码：

// structure for communication buf 1
typedef __packed struct _test1
{
    uint8_t a;
    uint32_t b;
    uint16_t c;
    uint16_t d;
    uint32_t e;
} test1;

// structure for communication buf 2
.
.
.
// structure for communication buf 3
.
.
.

// structure for communication buf set
typedef __packed struct _test2
{
    uint8_t dump[3];
    test1 t;
    // may have many other packed structure for communication buf
} test2;

#pragma anon_unions

typedef struct _test3
{
    union
    {
        uint32_t buf[4];
        __packed struct
        {
            __packed uint8_t dump[3];
            test1 t;
        };
    };
} test3;

test1 t1;
test2 t2;
test3 t3;

这些结构的大小是

sizeof(t1) = 13
sizeof(t2) = 16
sizeof(t3) = 16

如果我想访问变量b，为了不影响性能，需要具有对齐访问权限的读/写内存内容，手动计算偏移量

t3.buf[1]

但是我不能在不使用未对齐访问的情况下在结构中读/写变量

t2.t.b
t3.t.b

所以我定义了如下代码的结构，只包含变量a

typedef struct _test4
{
    __packed uint8_t a;
    uint32_t b;
    uint16_t c;
    uint16_t d;
    uint32_t e;
} test4;

typedef struct _test5
{
    __packed uint8_t dump[3];
    test4 t;
} test5;

test4 t4;
test5 t5;

尽管对齐了结构中所有元素的访问，但也插入了填充

sizeof(t4) = 16
sizeof(t5) = 20

那么如何定义打包结构，并在不使用未对齐访问的情况下访问其中的单个变量（除了a）？

非常感谢你的帮助

Answer 1

你的问题引入了两个问题：

• 组件和/或设备之间的通信; 这可能有也可能没有结构和整数的相同底层表示，因此您使用了非可移植的__packed属性。
• 访问性能，对齐和/或数据大小的偏差; 一方面，编译器将数据对齐以与总线一致，但另一方面，数据可能占用缓存中的太多空间。

其中一个是您要解决的实际问题，X，另一个是XY问题中的Y. 请避免将来问XY问题。

你有没有考虑过如何根据你的要求保证uint16_t和uint32_t是big endian还是little endian？ 如果您关心可移植性，则需要指定。 我关心可移植性，所以这就是我的答案所关注的。 您可能还会注意到如何获得最佳效率。 尽管如此，要使这个便携：

• 您应该使用序列化函数对数据进行序列化，以通过除法和模 （或左移和二进制和 ）运算将结构的每个成员转换为字节序列。
• 同样，您应该通过逆运算乘法和加法 （或右移和二进制或 ）来反序列化您的数据。

举个例子，这里有一些代码显示了用于序列化和反序列化test1 小端和大端 ：

typedef /*__packed*/ struct test1
{
    uint32_t b;
    uint32_t e;
    uint16_t c;
    uint16_t d;
    uint8_t a;
} test1;

void serialise_test1(test1 *destination, void *source) {
    uint8_t *s = source;
    destination->a = s[0];
    destination->b = s[1] * 0x01000000UL
                   + s[2] * 0x00010000UL
                   + s[3] * 0x00000100UL
                   + s[4];                 /* big endian */
    destination->c = s[5] * 0x0100U
                   + s[6];                 /* big endian */
    destination->d = s[7]
                   + s[8] * 0x0100U;       /* little endian */
    destination->e = s[9]
                   + s[10] * 0x00000100UL
                   + s[11] * 0x00010000UL
                   + s[12] * 0x01000000UL; /* little endian */
}

void deserialise_test1(void *destination, test1 *source) {
    uint8_t temp[] = { source->a
                     , source->b >> 24, source->b >> 16
                                      , source->b >> 8, source->b
                     , source->c >> 8, source->c
                     , source->d, source->d >> 8
                                , source->d >> 16, source->b >> 24 };
    memcpy(destination, temp, sizeof temp);
}

---

您可能会注意到我删除了__packed属性并重新排列了成员，因此较大的成员先于（即之前）较小的成员; 这可能会显着减少填充。 这些函数允许您在uint8_t （您从线路发送/接收，或DMA ，或诸如此类）和test1结构之间进行转换，因此这段代码更加便携 。 您可以从此代码提供的有关协议结构的保证中受益，在此之前 - 就像它在实现的奇思妙想之前一样，并且使用两个不同实现的两个设备可能不同意例如整数的内部表示。

Answer 2

您可以对所有索引进行硬编码

    typedef __packed struct _test1
    {
        uint8_t a;
        uint32_t b;
        uint16_t c;
        uint16_t d;
        uint32_t e;
    } test1;

    enum
    {
        a = 0,
        b = 1,
        c = 5,
        d = 7,
        e = 9,
    };

    test1 t1 = {1,2,3,4};//not sure if init lists work for packed values
    printf("%u", *(uint32_t*)((uint8_t*)&t1 + b));

或者offsetof可以像这样使用

printf("%u", *(uint32_t*)((uint8_t*)&t1 + offsetof(test1, b)));