由于在 C (gcc/g++) 中打包而计算开销

Question

由于打包，我想计算/总结 object 文件中的开销（理想情况下，让 gcc 为我最小化它）。

例如，考虑以下结构（32 位 x86，gcc）：

struct a { 
    uint8_t a_char;
    uint32_t an_integer
    uint8_t another_letter;
};

虽然实际数据只占用 6 个字节，但结构在 memory 中占用 12 个字节，因为两个字符后面都跟着 3 个填充字节。 通过重新排序结构如下：

struct b { 
    uint32_t an_integer
    uint8_t a_char;
    uint8_t another_letter;
};

该结构将只有 sizeof(struct b) == 8 （仍然是 4 字节的开销）。

(1) 理想情况下，我希望 gcc 将struct a重新排列为struct b并节省空间，但我的版本 (4.2) 似乎没有针对任何优化级别执行此操作。

(2) 或者，给定struct a ，我想（自动）获得数字6 （总开销）或4 （最小开销，如果成员被“理想地”排序）。 这样做的目的是确定手动重新排序结构是否值得花时间（可能不值得）。

有没有办法让 gcc 做（1），有没有工具可以做（2）？ 对于 (1)，我能想到的最接近的事情是#pragma pack(1) ，但是（我猜）它会通过使大多数/所有 memory 访问未对齐而对性能产生严重影响。 对于（2），我认为解析调试符号的 Perl 脚本可能能够做到这一点，但我对 DWARF 不够熟悉，无法确定。

Answer 1

对于 #1，未完成的原因是 C 和 C++ 标准都禁止结构成员重新排序。

是的，结构打包通常会降低性能。 而且，正如评论中提到的，在某些情况下，在非 x86 架构上，如果您尝试对成员进行操作，您可以获得 SIGBUS。

对于#2，是的，一个 perl 脚本可能能够做到这一点。 除了解析 DWARF 信息之外，您还可以尝试扫描源代码中的结构定义，并可能生成一些小型测试程序来检查结构和成员的 sizeof() 等等。

Answer 2

在 linux 中有一个名为 pahole 的工具，它将解析带有调试信息的 ELF 文件，并为每个结构打印输出每个成员的 alignment 是什么以及编译器完成了多少填充。 如果您发现开销过多，您可以使用该信息来指导您手动打包。

Answer 3

这不能总是做到，问题是在所有架构上都不允许访问未对齐的 memory。 这也简化了编译器的一些代码，允许优化 memory 本身的某些访问。 此外，重组结构可能不值得您花时间，因为每个结构 4-8 字节的开销并不是什么大问题，除非您正在运行对 memory 非常敏感的软件。 至于您的问题，我不确定是否有办法，但我确定是否有人知道他们会让您知道（也许具有最高优化标志的 gcc-4.6 可以吗？）