c - 为什么结构的大小应反射(reflect)其对齐方式？

Question

根据 Wikipedia :

the last member is padded with the number of bytes required so that the total size of the structure should be a multiple of the largest alignment of any structure member

在我的理解中，它的意思是:

struct A {
  char *p;     // 8 bytes
  char c;      // 1 byte
};
struct B {
  struct A a;  // 16 bytes
  char d;      // 1 bytes
};

结构 A 的大小为 16 字节，结构 B 的大小为 24 字节。

通常的解释是，A 的数组应该在数组地址加上索引乘以 A 的大小处访问其元素。

但我不明白为什么会这样。为什么我们不能说 A 的大小为 9 而 B 的大小为 10(均采用 8 字节对齐)，并在索引到一个数组时使用特殊的“数组存储”大小数组？

当然，我们仍会以与其对齐方式兼容的方式将这些类型存储在数组中(使用 16 个字节来存储每个 B 元素)。然后，我们将通过考虑它们的对齐来简单地计算元素地址，而不是单独考虑它们的大小(编译器可以静态地这样做)。

例如，我们可以在 B 的 1Kb 字节数组中存储 64 个对象，而不是仅仅 42 个。

Answer 1

在 C 的每个翻译单元中，sizeof(T) 是相同的，无论 T 的上下文如何。您的提案将为 sizeof(T) 引入至少两个值:一个用于 T 的数组，另一个用于 T 的单个对象。这基本上将上下文相关性引入了 sizeof 运算符。它与 C 处理指针、数组和对象地址的方式不兼容。

考虑以下几点:

void zero_A(struct A *a) { memset(a,0,sizeof(*a)); }

/* ... */
struct A single;
struct A several[3];
struct B b;

b.d = 3;
zero_A(&b.a);
zero_A(&single);
zero_A(several+1);

根据您的提议，zero_A 必须知道传递给它的指针是否指向数组上下文中的 struct A(其中 sizeof(*a) == 16) 或 struct A 在数组上下文之外(其中 sizeof(*a) == 9)。标准 C 不支持这个。如果编译器猜错了，或者信息丢失了(例如:在通过 volatile struct A * 的往返过程中)，那么 zero_A(&single) 将调用未定义的行为(通过写入 single 的边界)，zero_A(&b.a) 将覆盖 b.d 并调用未定义的行为。

将结构紧密打包到数组中是一种相对不常见的要求，向 sizeof 添加上下文相关性会给语言、它的库和 ABI 带来很多复杂性。有时您需要这样做，C 为您提供了所需的工具:memcpy 和 union 。