Структура памяти в C

У меня опыт работы на C #. Я новичок в языке низкого уровня, таком как C.

В C # structпамять по умолчанию распределяется компилятором. Компилятор может неявно изменять порядок полей данных или вставлять дополнительные биты между полями. Итак, мне пришлось указать какой-то специальный атрибут, чтобы переопределить это поведение для точного макета.

AFAIK, C structпо умолчанию не меняет порядок и не выравнивает структуру памяти . Однако я слышал, что есть небольшое исключение, которое очень трудно найти.

Каково поведение разметки памяти C? Что нужно переупорядочивать / выравнивать, а что нет?

В C компилятору разрешено диктовать некоторое выравнивание для каждого примитивного типа. Обычно выравнивание - это размер шрифта. Но это полностью зависит от реализации.

Добавлены байты заполнения, чтобы каждый объект был правильно выровнен. Повторный заказ не допускается.

Возможно, каждый удаленно современный компилятор реализует #pragma pack который позволяет контролировать заполнение и оставляет программисту соблюдение ABI. (Однако это строго нестандартно.)

Из C99 §6.7.2.1:

12 Каждый член структуры или объединенного объекта, не являющийся битовым полем, выравнивается способом, определяемым реализацией, соответствующим его типу.

13 Внутри объекта структуры небитовые поля и блоки, в которых находятся битовые поля, имеют адреса, возрастающие в порядке их объявления. Указатель на объект структуры, преобразованный соответствующим образом, указывает на его начальный член (или, если этот член является битовым полем, то на модуль, в котором он находится), и наоборот. Внутри объекта структуры может быть безымянное заполнение, но не в его начале.

Это #pragma packзависит от реализации, но на практике правило (при отсутствии или подобном) таково:

• Члены структуры хранятся в том порядке, в котором они объявлены. (Это требуется стандартом C99, как упоминалось здесь ранее.)
• При необходимости перед каждым членом структуры добавляется отступ, чтобы обеспечить правильное выравнивание.
• Каждый примитивный тип T требует выравнивания sizeof(T)байтов.

Итак, учитывая следующую структуру:

struct ST
{
   char ch1;
   short s;
   char ch2;
   long long ll;
   int i;
};

• ch1 находится по смещению 0
• вставляется байт заполнения для выравнивания ...
• s по смещению 2
• ch2 находится по смещению 4, сразу после s
• Вставляются 3 байта заполнения для выравнивания ...
• ll по смещению 8
• i находится по смещению 16, сразу после ll
• В конце добавляются 4 байта заполнения, так что общая структура кратна 8 байтам. Я проверил это в 64-битной системе: 32-битные системы могут позволить структурам иметь 4-байтовое выравнивание.

Так sizeof(ST)что 24.

Его можно уменьшить до 16 байт, переставив элементы, чтобы избежать заполнения:

struct ST
{
   long long ll; // @ 0
   int i;        // @ 8
   short s;      // @ 12
   char ch1;     // @ 14
   char ch2;     // @ 15
} ST;

Вы можете начать с чтения статьи в Википедии о выравнивании структуры данных в чтобы лучше понять выравнивание данных.

Из статьи в Википедии :

Выравнивание данных означает размещение данных со смещением памяти, равным некоторому кратному размеру слова, что увеличивает производительность системы из-за того, как процессор обрабатывает память. Чтобы выровнять данные, может потребоваться вставить несколько бессмысленных байтов между концом последней структуры данных и началом следующей, что является заполнением структуры данных.

Из 6.54.8 прагмы упаковки структуры документации GCC:

Для совместимости с компиляторами Microsoft Windows GCC поддерживает набор директив #pragma, которые изменяют максимальное выравнивание элементов структур (кроме битовых полей нулевой ширины), объединений и классов, определяемых впоследствии. Приведенное ниже значение n всегда должно быть малой степенью двойки и указывает новое выравнивание в байтах.

1. #pragma pack(n) просто устанавливает новое выравнивание.
2. #pragma pack() устанавливает выравнивание на то, которое действовало при запуске компиляции (см. также параметр командной строки -fpack-struct [=], см. Параметры генератора кода).
3. #pragma pack(push[,n]) помещает текущую настройку выравнивания во внутренний стек, а затем при необходимости устанавливает новое выравнивание.
4. #pragma pack(pop)восстанавливает настройку выравнивания до значения, сохраненного наверху внутреннего стека (и удаляет эту запись стека). Обратите внимание, что #pragma pack([n])это не влияет на этот внутренний стек; таким образом, возможно, что #pragma pack(push) за несколькими #pragma pack(n) экземплярами следуют и завершаются одним #pragma pack(pop).

Некоторые цели, например i386 и powerpc, поддерживают ms_struct, #pragmaкоторая устанавливает структуру, как задокументировано __attribute__ ((ms_struct)).

1. #pragma ms_struct on включает макет для объявленных структур.
2. #pragma ms_struct off отключает макет для объявленных структур.
3. #pragma ms_struct reset возвращается к макету по умолчанию.