在C结构体中，为什么packed,aligned似乎是在做填充？

Question

在C结构体中，为什么

packed,aligned

似乎做了填充？

我必须使用 i2c 从远程设备读取一堆 MSB/LSB 字节。由于所有设备数据都是字节，因此我使用

uint8_t

来表示 8 位，即 1 个字节。

现在我需要确保该结构是

packed

（即结构中的元素之间没有“洞”），除非我不会读取远程设备中生成的数据。

然后，我添加了

aligned

以提高性能（即允许 CPU 以最少的内存访问来读取结构）。

如此处所述结构填充和打包，填充将结构成员与“自然”地址边界对齐，并且打包可防止填充。

这个简单的测试让我感到惊讶：

$ gcc --version
gcc (Debian 10.2.1-6) 10.2.1 20210110

$ cat dumb.c 
#include <stdio.h>
#include <stdint.h> // uint8_t

struct struct1 {
  uint8_t msb;
} __attribute__((packed));

struct struct2 {
  uint8_t msb;
} __attribute__((packed,aligned(4)));

struct struct3 {
  uint8_t msb;
  uint8_t lsb;
} __attribute__((packed));

struct struct4 {
  uint8_t msb;
  uint8_t lsb;
} __attribute__((packed,aligned(4)));

int main(void) {
  struct struct1 s1;
  printf("sizeof(s1) %zu\n", sizeof(s1));
  struct struct2 s2;
  printf("sizeof(s2) %zu\n", sizeof(s2));
  struct struct3 s3;
  printf("sizeof(s3) %zu\n", sizeof(s3));
  struct struct4 s4;
  printf("sizeof(s4) %zu\n", sizeof(s4));
  return 0;
}

$ gcc -o dumb dumb.c

$ ./dumb 
sizeof(s1) 1
sizeof(s2) 4
sizeof(s3) 2
sizeof(s4) 4

aligned

似乎“填充了结构的末尾”：这是预期的吗？

• 我预计

  s2

  会从 4 字节的倍数内存地址开始，但是大小为 1。
• 我预计

  s4

  会从 4 字节的倍数内存地址开始，但是大小为 2。

我从远程设备读取这些字节，因此每个字节都使用 i2c 从设备传输到 PC：现在为了性能，最好只使用

packed

来避免“末尾的额外填充”，或者，它是最好去

packed,aligned

每次传输时传输和读取额外未使用的“末尾填充”字节？

Answer 1

aligned

声明上的

struct

属性意味着结构体的任何实例都必须从对齐的地址开始。

这也意味着，如果您有一个结构数组，该结构可能需要尾部填充，以便数组的每个成员正确对齐。

虽然

packed

属性将最小化结构中使用的任何填充，但与

aligned

结合使用时，不一定完全消除此类填充。