c - 具有可变长度保留空间的固定长度结构

Question

在嵌入式世界中，我们经常有通过固定长度缓冲区传递的数据结构。使用像这样的东西相对容易处理:

#define TOTAL_BUFFER_LENGTH 4096
struct overlay {
    uint16_t field1;
    uint16_t field2;
    uint8_t  array1[ARY1_LEN];
};
static_assert(sizeof(struct overlay) <= TOTAL_BUFFER_LENGTH);

struct overlay* overlay = malloc(TOTAL_BUFFER_LENGTH);

也就是说，我们使用数据结构作为覆盖层，以便轻松访问当前正在使用的缓冲区部分。

但是，我们有许多缓冲区格式，它们也使用缓冲区的最后 几个字节来存储诸如校验和之类的内容。我们目前使用这样的结构:

struct overlay {
    uint16_t field1;
    uint16_t field2;
    uint8_t  array1[ARY1_LEN];
    char     reserved[TOTAL_BUFFER_LENGTH -
                      sizeof(uint16_t) - sizeof(uint16_t) -
                      (sizeof(uint8_t) * ARY1_LEN) -
                      sizeof(uint32_t)];
    uint32_t crc;
};

尽管这个简单的数据结构看起来很丑陋，但当该结构增长到包含数十个字段时，它绝对是一个怪物。这也是可维护性的噩梦，因为添加或删除结构字段意味着 reserved 的大小计算必须同时更新。

当结构的末尾只包含一项(如校验和)时，我们有时会使用辅助函数来读取/写入值。这使数据结构保持清洁和可维护，但当缓冲区末尾有多个字段时它不能很好地扩展。

如果我们能改为做这样的事情，那将大有帮助:

struct overlay {
    uint16_t field1;
    uint16_t field2;
    uint8_t  array1[ARY1_LEN];
    char     reserved[TOTAL_BUFFER_LENGTH -
                      offsetof(struct overlay, reserved) -
                      sizeof(uint32_t)];
    uint32_t crc;
};

不幸的是，offsetof 仅适用于完整的对象类型，并且由于它位于 struct overlay 定义的中间，因此该类型尚未完成。

是否有一种更清洁、更易于维护的方法来执行此类操作？我基本上需要一个固定长度的结构，在开头和结尾都有字段，中间的剩余空间保留/未使用。

Answer 1

在你的情况下，我想我可能会这样做:

typedef struct overlay_head
{
    uint16_t field1;
    uint16_t field2;
    uint8_t  array1[ARY1_LEN];
} overlay_head;

typedef struct overlay_tail
{
    uint32_t crc;
} overlay_tail;

enum { OVERLAY_RSVD = TOTAL_BUFFER_LENGTH - sizeof(overlay_head)
                                          - sizeof(overlay_tail) };

typedef struct overlay
{
    overlay_head h;
    uint8_t      reserved[OVERLAY_RSVD];
    overlay_tail t;
} overlay;

然后你几乎可以像以前一样工作，除了你以前写的地方 p->field1 你现在写p->h.field1，你以前写p->crc的地方你现在写p->t.crc .

请注意，这可以非常有效地处理任意大的尾部结构，只要头部和尾部都适合整体尺寸即可。