×
Фото Выравнивание структур

Выравнивание структур

Неочевидная тема. Для многих, кто программировал только на высокоуровневых ЯП, сложно принять, что заботиться нужно даже о порядке полей в структурах
– Выравнивание.
– Что?
– Выравнивание!
– ?
– Ну это там где потраченные на ничто байты, порядок, любить его неестественно, полей... Выравнивание!

И всё же у нас "под капотом" всё те же байты. Поэтому посмотрим, как устроены эти самые структуры.

#include <stdio.h>
#include <math.h>
// Подключаем для memcpy (да, неочевидно, но именно в "строках").
// Как будто qsort должен был быть в stdlib.h...
#include <string.h>

// Ещё немного примеров структур и их определения.
typedef struct Point2d Point2d;
struct Point2d {
  int x;
  int y;
};

typedef struct User {
  unsigned char age;
  unsigned int ip;
  char name[16];
} User;

// Именно с этой структурой мы будем развлекаться.
typedef struct Example {
  char symbol;
  short num1;
  short num2;  // Смотрим содержимое с этим полем и без него
  int some_int;
} Example;

void print_hex(void *a, int size) {
  char *byte = (char *)a;

  for (int i = 0; i < size; ++i) {
    printf("%02hhx ", *(byte + i));
  }

  printf("\n");
}

int main() {
  char buf[100];
  Point2d a = { .y = -1, .x = 1};

  // Ожидаемо, 8 байт (по 4 за каждый int)
  printf("Point2d size: %lu\n", sizeof(a));

  memcpy(buf, &a, 8);
  print_hex(buf, 8);

  User u = { .name = "Ivanov Ivan", .age = 21, .ip = 0x7f000001 };
  // Упс
  printf("User size: %lu (21 expected)\n", sizeof(u));
  memcpy(buf, &u, sizeof(u));
  print_hex(buf, sizeof(u));

  Example e1 = { 'a', 1, 2, -1 };
  printf("Example size: %lu\n", sizeof(e1));
  memcpy(buf, &e1, sizeof(e1));
  print_hex(buf, sizeof(e1));
}

Получаем 24 вместо 21 байта (если sizeof(int) == 4). Если присмотреться к байтам:

15 00 00 00  // age
01 00 00 7f  // ip
49 76 61 6e 6f 76 20 49 76 61 6e 00 00 00 00 00  // name

Результаты с 2 short:

61
00     // ?
01 00
02 00
00 00  // ?
ff ff ff ff

С 1 short:

61
00     // ?
01 00
ff ff ff ff

Можно заметить, что 1-байтовые поля не выравниваются, 2-байтовые — выравниваются на чётные позиции, 4-байтовые — на позиции кратные четырём. Понятнее "листинг" с примером 2-х short полей можно записать так:

00: 61
01: 00     // ?
02: 01 00
04: 02 00
06: 00 00  // ?
08: ff ff ff ff

– где числа до ":" – отступ в байтах от начала структуры. Именно по этому отступу и выравниваются поля структуры.

Самообучение: разобраться с выравниванием в структуре User.

TODO: Дописать объяснение с картинами причин выравнивания, какая оптимизация идёт. Да, я забил на это и в версии 0.02

Будь первым – оставь комментарий!

Фото Структуры и объединения
Предыдущая запись:
Структуры и объединения
Фото Enum - перечисляемый тип данных
Следующая запись:
Enum - перечисляемый тип данных