ARM GCC 打包结构警告地址

Question

在我的代码中，我有这样的东西：

#include <stdint.h>

typedef struct __attribute__((packed)) {
    uint8_t test1;
    uint16_t test2;
} test_struct_t;
test_struct_t test_struct;

int main(void)
{
    uint32_t *ptr = (uint32_t*) &test_struct;
    return 0;
}

当我使用 arm-none-eabi-gcc 编译它时，我收到警告

.\test.c:11:2：警告：将打包的“test_struct_t”指针（对齐 1）转换为“uint32_t”{又名“long unsigned int”}指针（对齐 4）可能会导致未对齐的指针值 [- Waddress-of-packed-member]

谁能告诉我为什么会这样？ 获取打包结构成员的地址当然是危险的。 但是整个结构本身应该总是对齐的，不是吗？

Answer 1

评论里有答案，不过作者没发，我冒昧自己发一下。 所有的功劳都归功于@Clifford。

默认情况下，打包结构时，编译器还会将结构的 alignment 更改为 1 个字节。 但是，对于您的情况，您需要将结构打包并对齐为 32 位无符号 integer。这可以通过如下更改打包属性来完成：

#include <stdint.h>

struct __attribute__((packed, aligned(sizeof(uint32_t)))) TestStruct {
    uint8_t test1;
    uint16_t test2;
};

struct TestStruct test_struct;

int32_t* p = (int32_t*)(&test_struct);

此编译适用于 ARM 平台，没有任何警告。

Answer 2

根据我的经验，“打包”结构几乎总是一个坏主意。 他们并不总是做人们认为他们做的事情，他们也可能做其他事情。 根据编译器、目标处理器、选项等，您可能会发现编译器生成的代码使用多字节访问来访问您希望是 16 位或 32 位访问的内容。

硬件寄存器总是会在微控制器上正确对齐。 （位域可能是另一回事，但您在这里没有使用位域。）但可能存在间隙或填充。

尝试使用指向 uint32_t 的指针访问它的整个想法是错误的。 不要像这样通过指针转换访问数据 - 事实上，如果您看到指针转换，请高度怀疑。

那么如何获得与硬件结构完全匹配的结构呢？ 你明确地写出来，并使用编译时检查来确定：

#pragma GCC diagnostic error "-Wpadded"

struct TestStruct {
    uint8_t test1;
    uint8_t padding;
    uint16_t test2;
};

_Static_assert(sizeof(struct TestStruct) == 4, "Size check");

填充是显式的。 任何错误都会被编译器捕获。

如果您真的非常想要中间有一个未对齐的 16 位字段，并且您在阅读数据表时没有犯错怎么办？ 使用位域：

#pragma GCC diagnostic error "-Wpadded"

struct TestStruct2 {
    uint32_t test1 : 8;
    uint32_t test2 : 16;
    uint32_t padding : 8;
};

_Static_assert(sizeof(struct TestStruct2) == 4, "Size check");

明确地放入填充。 告诉编译器抱怨缺少填充，并检查大小。 编译器不对额外的微秒工作收费。

如果您真的、真的、真的需要将它作为 uint32_t 来访问怎么办？ 你使用一个联合来进行类型双关（虽然不是用 C++）：

union TestUnion {
    uint32_t raw;
    struct TestStruct2 s;
};

Answer 3

您的打包结构的大小为 3 个字节，其中不能有填充。 因此，如果我们要创建此类结构的数组，第一个元素具有 4 字节对齐的地址，那么根据 arrays（连续内存）的定义，第二个元素将为三个字节（ sizeof(struct test_struct_t) ）从那个。 因此，第二个元素将只有一个字节alignment - 因此，通过推导，您的结构的 alignment 要求是一个字节。

在您的 ARM 平台上， unit32_t需要 4 个字节 alignment，因此出现警告。