為什么打包結構5的大小而不是4個字節？

Question

參見在線示例： Ideone示例

struct {
  union {
    struct {
      uint32_t messageID : 26;
      uint8_t priority : 3; 
    } __attribute__ ((packed));
    uint32_t rawID : 29;
  } __attribute__ ((packed));
  uint8_t canFlags : 3;
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

為什么編譯器會將結構的大小報告為5個字節而不是4個？ 它應該包含32位。

Answer 1

問題是__attribute__((packed))不執行按位打包。 它只是保證struct成員之間沒有填充。 您可以嘗試這個更簡單的示例，其中size也報告為5：

typedef struct structTag {
    struct {
      uint32_t messageID : 26;
      uint8_t priority : 3;
    } __attribute__ ((packed));
    uint8_t canFlags : 3;
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

按位打包僅適用於位域成員。 您需要將結構重新設計為結構與bitfields messageID / priority / canFlags的結合，以及帶有bitfields rowID / canFlags的結構。 換句話說，您需要有一些重復或使用訪問器宏或成員函數。

Answer 2

這是因為內存對齊：編譯器不會在一個字節的中間啟動canFlags ，它會在下一個字節的開頭（可能是*）啟動它。 因此，初始聯合有四個字節， canFlags有一個字節。

例如，如果你將canFlags移動到聯合中，那么它（可能是*）的大小為4：

typedef struct structTag {
  union {
    struct {
      uint32_t messageID : 26; /* 26bit message id, 67108864 ids */
      uint8_t priority : 3; /* priority: MUST BE 0 */
    } __attribute__ ((packed));
    uint32_t rawID : 29;
    uint8_t canFlags : 3; /* <==== Moved */
  } __attribute__ ((packed));
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

有關ideone的更新示例 。 顯然，這種具體的變化可能不是你想要的; 我只是在證明問題是在字節邊界上開始一個新字段。

---

*“可能”因為最終取決於編譯器。

Answer 3

使用數據結構對齊在計算機存儲器中排列和訪問數據。 其中有兩個相關問題

1. 對准
2. 填充

當計算機執行寫操作時，它通常以4個字節的多個字節寫入（對於32位系統）。 這一行為的一個原因是提高績效的目標。 因此，當您編寫任何數據結構時，它具有前1個字節變量，然后是4個字節的可變數據，它將在第一個1字節數據之后執行填充，以在32位邊界上對齊它。

struct {
  union {
    struct {
      uint32_t messageID : 26;
      uint8_t priority : 3; 
    } __attribute__ ((packed));
    uint32_t rawID : 29;
  } __attribute__ ((packed));
  uint8_t canFlags : 3;
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

現在在上面的數據結構中你正在使用__attribute__ ((packed)) ，這意味着沒有填充。 所以uint32_t是4個字節，但是你說它有26位和3位優先級。 現在，因為在一個結構中有兩個變量，所以它將保留32位而不是29位，這樣您的第一個結構的信息就會在邊界上進行分配。

現在對於canFlags它將需要另一個字節。 所以這使得5個字節而不是4個字節。

Answer 4

在某些編譯器中，要“合並”這些位，所有項必須是相同的類型。 所以把它uint32_t你現在有uint8_t - 這似乎不是編譯器中的情況IdeOne使用tho'

[無論如何，編譯器如何合並這些位仍然取決於它，因此絕對保證數據存儲為32位的唯一方法是使用單個uint32_t並聲明一個執行相關移位的類。 anding / oring來操縱值 - 唯一的保證是你的struct中的ONE元素至少有你所要求的位數]

正如其他人所指出的那樣，除了字節邊界之外，你無法啟動新結構。 我通過在union中包含第二個結構來修復它，如下所示： http ： //ideone.com/Mr1gjD

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

typedef struct structTag {
  union {
    struct {
      uint32_t messageID : 26; /* 26bit message id, 67108864 ids */
      uint8_t priority : 3; /* priority: MUST BE 0 */
    } __attribute__ ((packed));
    struct {
      uint32_t rawID : 29;
      uint8_t canFlags : 3;
    };
  } __attribute__ ((packed));
} __attribute__ ((packed)) idSpecial;

int main() {
    printf("size: %d", sizeof(idSpecial));
    return 0;
}