C 中的“压缩”结构是什么？

Question

我正在查看为 Microchip C30 编译器编写的一些 C 代码，我经常看到定义如下的结构：

typedef struct __attribute__((__packed__)) 
{
    IP_ADDR     MyIPAddr;               // IP address
    IP_ADDR     MyMask;                 // Subnet mask
    IP_ADDR     MyGateway;              // Default Gateway
        // etc...
} APP_CONFIG;

打包是什么意思？

Answer 1

定义结构时，允许编译器添加填充（没有实际数据的空格），以便成员落入更容易访问CPU的地址边界。

例如，在32位CPU上，32位成员应从4个字节的多个地址开始，以便有效地访问（读取和写入）。 以下结构定义在两个成员之间添加了一个16位填充，以便第二个成员落在适当的地址边界：

struct S {
    int16_t member1;
    int32_t member2;
};

在32位架构中上述结构的存储器结构是（ 〜 = padding）：

+---------+---------+
| m1 |~~~~|   m2    |
+---------+---------+

当打包结构时，不插入这些填充。 编译器必须生成更多代码（运行速度较慢）以提取未对齐的数据成员，并写入它们。

打包时，相同的结构将在内存中显示为：

+---------+---------+
| m1 |   m2    |~~~~
+---------+---------+

Answer 2

它指示编译器不在struct成员之间添加任何填充。

例如，请参阅此页面 。

Answer 3

_attribute__((__packed__))表示（最有可能）“不插入任何填充以使事情更快”，也可能意味着“不插入任何对齐以保持对齐”。

Answer 4

让我通过一个例子解释结构填充的概念，然后填充结构。

然后让我们看看为什么需要包装。

填充：

struct eg_struct
{
           unsigned char abc;
           unsigned int  xyz;
}

当在16位架构上如上所述声明结构时，将为变量abc分配一些地址。 下一个地址未分配给变量xyz ，而是添加一个额外字节，然后将下一个地址分配给变量xyz 。

最后，结构如下所示：

struct eg_struct
{
           unsigned char abc;
           unsigned char paddedbytes[1];
           unsigned int  xyz;
}

填充使微控制器可以轻松访问成员变量的地址。 缺点是进入图片的额外不必要的字节。

填料：

如果使用属性“ packed ”声明相同的结构，则在变量abc之后不会添加额外的字节。

让我举一个需要打包的例子：

考虑一个与EEPROM接口的微控制器，其中存储了一些结构。

想象一下，写入EEPROM的函数如下所示：

Write_EEPROM(EEPROM address, Ram address, Byte count);

现在如果没有完成打包，额外的填充字节将占用EEPROM中的空间，这是没有用的。

Answer 5

尚未明确指出的一件事是通常进行打包以匹配预定义的字段结构。 例如，在网络接口的低级层，在联网的机器之间交换一系列字节。 收到数据后，需要将其映射到高级结构，以便可以轻松地操作数据。 这是通常需要无填充的时候，因此结构直接映射到字节。

网络数据交换还涉及字节字节序问题（即，无论源和目标机器的字节顺序如何，几乎所有网络数据都使用大端格式）。

此外，某些机器无法访问非对齐地址中的宽数据，例如，Cortex-M0内核无法访问非32位对齐地址中的32位数据，因此在这种情况下必须注意编写网络代码。

Answer 6

在结构声明期间使用 packed 时，编译器不会向同一结构的成员添加任何填充。 下面是示例代码和 output，这是不言自明的。

$ cat structure_packed.c
#include <stdio.h>

typedef struct __attribute__((__packed__))
{
        char a;
        int ai;
        char ac;
}A;

struct B
{
        char b;
        int bi;
        char bc;
};

int main()
{
         A a;
        struct B b;
        int c;
        printf("size of struct A: %lu, addr a: %p, addr ai: %p, addr ac: %p\n", sizeof(a), &(a.a), &(a.ai), &a.ac);
        printf("size of struct B: %lu, addr b: %p, addr bi: %p, addr bc: %p\n", sizeof(b), &(b.b), &(b.bi), &b.bc);
        printf("addr of c: %p\n", &c);
        return 0;
}

编译

$ gcc structure_packed.c -o structure_packed

运行|输出

$./structure_packed

结构 A 的大小：6，地址 a：0x7ffc6f177ed6，地址 ai：0x7ffc6f177ed7，地址 ac：0x7ffc6f177edb

结构 B 的大小：12，地址 b：0x7ffc6f177edc，地址 bi：0x7ffc6f177ee0，地址 bc：0x7ffc6f177ee4

c 的地址：0x7ffc6f177ed0