标签: memory-layout

我有一个C#背景.我非常喜欢像C这样的低级语言.

在C#中,struct默认情况下由编译器布局内存.编译器可以隐式地重新排序数据字段或填充字段之间的附加位.因此,我必须指定一些特殊属性来覆盖此行为以获得精确布局.

AFAIK,C struct默认情况下不重新排序或对齐a的内存布局.但是,我听说有一个很难找到的例外.

什么是C的内存布局行为？什么应该重新订购/对齐而不是？

[不是结构填充和包装的重复。这个问题是关于填充的方式和时间。这是关于如何处理它的信息。]

我刚刚意识到C ++中的对齐会浪费多少内存。考虑以下简单示例：

struct X
{
    int a;
    double b;
    int c;
};

int main()
{
    cout << "sizeof(int) = "                      << sizeof(int)                      << '\n';
    cout << "sizeof(double) = "                   << sizeof(double)                   << '\n';
    cout << "2 * sizeof(int) + sizeof(double) = " << 2 * sizeof(int) + sizeof(double) << '\n';
    cout << "but sizeof(X) = "                    << sizeof(X)                        << '\n';
}

使用g ++时，程序将提供以下输出：

sizeof(int) = 4
sizeof(double) = 8
2 * sizeof(int) + sizeof(double) = 16
but …

在 K&R（C 编程语言第 2 版）第 5 章中，我阅读了以下内容：

首先，在某些情况下可以比较指针。如果p和q指向同一个数组的成员，则关系一样==，!=，<，>=，等正常工作。

这似乎意味着只能比较指向同一数组的指针。

但是，当我尝试此代码时

    char t = 't';
    char *pt = &t;
    char x = 'x';
    char *px = &x;

    printf("%d\n", pt > px);

1 被打印到屏幕上。

首先，我认为我会得到 undefined 或某种类型或错误，因为pt和px没有指向同一个数组（至少在我的理解中）。

也是pt > px因为两个指针都指向存储在栈上的变量，栈向下增长，所以内存地址t大于x？为什么pt > px是真的？

当 malloc 被引入时，我变得更加困惑。 同样在第 8.7 章的 K&R 中写到以下内容：

然而，仍然存在一种假设，即sbrk可以有意义地比较指向由 返回的不同块的指针。仅允许在数组内进行指针比较的标准并不能保证这一点。因此，这个版本的malloc仅在一般指针比较有意义的机器之间是可移植的。

将指向堆上 malloced …

在c/c ++中(我假设它们在这方面是相同的),如果我有以下内容:

struct S {
  T a;
  .
  .
  .
} s;

以下是否保证是真的？

(void*)&s == (void*)&s.a;

或者换句话说,是否有任何保证在第一个成员之前没有填充？

在Ubuntu x86系统上反汇编ELF二进制文件我不禁注意到代码(.text)部分从虚拟地址0x8048000开始,所有较低的内存地址似乎都未使用.

这似乎相当浪费,所有谷歌出现都是涉及STACK_TOP的民间传说或防止空指针解除引用.后一种情况看起来可以通过使用单个页面来修复,而不是留下128MB的间隙.

所以我的问题是 - 对于为什么布局已经固定到这些值或者它只是一个随意的选择,有一个确定的答案吗？

在我的第一个例子中,我使用了两个位域int64_t.当我编译并获得类的大小时,我得到8.

class Test
{
    int64_t first : 40;
    int64_t second : 24;
};

int main()
{
    std::cout << sizeof(Test); // 8
}

但是,当我将第二个bitfeild更改int32_t为类的大小时,会增加到16:

class Test
{
    int64_t first : 40;
    int32_t second : 24;
};

int main()
{
    std::cout << sizeof(Test); // 16
}

这种情况发生在GCC 5.3.0和MSVC 2015上.但为什么呢？

据我所知,Rust编译器允许打包,重新排序和添加填充到结构的每个字段.如果需要,我如何指定精确的内存布局？

在C#中,我有StructLayout属性,在C/C++中,我可以使用各种编译器扩展.我可以通过检查预期值位置的字节偏移来验证内存布局.

我想使用自定义着色器编写OpenGL代码,这需要精确的内存布局.有没有办法在不牺牲性能的情况下做到这一点？

引用是否具有存储位置，或者仅仅是另一个位置的别名？这是否因C ++版本不同而不同，或者是否与C ++的所有版本都一致？并且，如果引用具有存储位置，那么它是否只允许在类型之类的指针上使用值语义？

像这样使用参考如何工作：

struct aStruct{
   int aVariable;
   aClass& aReferencetoaClass;
};

它会占用空间还是别名？

考虑以下简单结构：

struct A
{
    float data[16];
};

我的问题是：

假设平台上float有32位IEEE754浮点数（如果很重要），那么C ++标准是否可以保证预期的内存布局struct A？如果不是，它将提供什么保证和/或执行保证的方式是什么？

由预期存储器布局我的意思是该结构占用16*4=64在存储器字节，每个连续4字节占用由单个float从data阵列。换句话说，预期的内存布局意味着以下测试通过：

static_assert(sizeof(A) == 16 * sizeof(float));
static_assert(offsetof(A, data[0]) == 0 * sizeof(float));
static_assert(offsetof(A, data[1]) == 1 * sizeof(float));
...
static_assert(offsetof(A, data[15]) == 15 * sizeof(float));

（offsetof这里是合法的，因为A是标准布局，请参见下文）

万一这困扰您，测试实际上会通过 gcc 9 HEAD在wandbox上通过。我从未遇到过平台和编译器的结合，它们会提供证据证明该测试可能会失败，并且我很想了解它们的存在。

为什么还要关心：

• 类似于SSE的优化需要某些内存布局（和对齐方式，我可以在此问题中忽略它，因为可以使用标准alignas说明符来处理它）。
• 这样的结构的序列化将简单地归结为一个不错的和可移植的write_bytes(&x, sizeof(A))。
• 一些API（例如OpenGL，特别是glUniformMatrix4fv）期望这种确切的内存布局。当然，可以仅将指针传递给data数组以传递这种类型的单个对象，但是对于其中的一系列对象（例如，用于上传矩阵类型的顶点属性），仍然需要特定的内存布局。 …

作为一个编程练习,我在C中编写了一个标记 - 清除垃圾收集器.我希望扫描数据段(全局等)以获得指定内存的指针,但我不知道如何获取范围该段的地址.我怎么能这样做？