C++中的結構填充

Question

如果我在C++中有struct，是否沒有辦法將它安全地讀/寫到跨平臺/編譯器兼容的文件中？

因爲如果我理解正確，每個編譯器都會根據目標平臺進行不同的填充。

Answer 1

不，這是不可能的。這是因爲缺少C++在二進制級別的標準化。

Don Box寫

C++和可移植性

一旦決定要 由分發C++類的（從他的書Essential COM，章COM作爲一種更好的C++報價） DLL，其中一個 面臨着的一個基本問題 C++的弱點，也就是lac k的 標準化在二進制級別。 雖然ISO/ANSI C++草案 工作文件試圖編纂這 程序編譯和什麼運行它們將 是，的 語義效果也沒有試圖規範 的C++二進制運行時模型。該 第一次這個問題將成爲 明顯的是，當一個客戶端嘗試對FastString DLL的導入庫從 一個C++的研究與開發環境等 比一個用於構建 FastString DLL鏈接 。

結構填充由不同的編譯器完成。即使您使用相同的編譯器，根據您使用的pragma pack，結構的打包對齊方式也可能不同。

不僅如此，如果你寫兩個結構，其成員是正是一樣的，唯一的不同的是，在他們聲明的順序是不同的，那麼每個結構的大小可以（而且經常是）不同。

例如，看到這種情況，

struct A 
{ 
    char c; 
    char d; 
    int i; 
}; 

struct B 
{ 
    char c; 
    int i; 
    char d; 
}; 

int main() { 
     cout << sizeof(A) << endl; 
     cout << sizeof(B) << endl; 
} 

與gcc-4.3.4編譯它，你會得到這樣的輸出：

8 
12 

也就是說，大小即使這兩個結構具有相同的成員有不同的！在Ideone

代碼：http://ideone.com/HGGVl

的底線是，標準不談論填充應該怎麼做，所以編譯器可以自由地做出任何決定，你不能承擔所有的編譯器做同樣的決定。

Answer 2

您可以使用類似boost::serialization之類的東西。

Answer 3

不，沒有安全的方法。除了填充之外，還必須處理不同的字節排序和不同大小的內置類型。

您需要定義一種文件格式，並將結構轉換爲該格式。序列化庫（例如boost :: serialization或google的協議緩衝區）可以幫助解決這個問題。

Answer 4

長話短說，沒有。沒有平臺無關的標準符合方式來處理填充。

填充被稱爲在標準 「對準」，並且它開始在3.9/5討論它：

對象類型具有對準 要求（3.9.1，3.9.2）。完整對象類型的對齊方式爲 實現定義的整數 表示多個字節的值; 對象分配在地址 ，滿足其對象類型的對齊要求 。

但它從那裏繼續前進，並轉移到標準的許多黑暗角落。對齊是「實現定義的」，這意味着它可以在不同編譯器之間不同，甚至在編譯器的相同下的地址模型（即32位/ 64位）上不同。

除非您有嚴格的性能要求，否則您可能會考慮以不同的格式（如字符串）將數據存儲到光盤。當自然格式可能是其他內容時，許多高性能協議都會使用字符串發送所有內容。例如，我最近處理的低延遲交換饋送發送日期爲格式如下的字符串：「20110321」，時間類似地發送：「141055.200」。儘管此交換饋送整天發送500萬條消息，但它們仍然使用字符串處理所有內容，因爲這樣可以避免排序和其他問題。

Answer 5

如果你有機會自己設計結構，它應該是可能的。基本思想是你應該設計它，這樣就不需要在其中插入填充字節。第二個訣竅是你必須處理差異性。

我將介紹如何使用標量構造結構，但只要您對每個包含的結構應用相同的設計，就應該可以使用嵌套的結構。

首先，C和C++的基本事實是，類型的對齊不能超過類型的大小。如果會，那麼將不可能使用malloc(N*sizeof(the_type))分配內存。

佈局結構，從最大的類型開始。

struct 
{ 
    uint64_t alpha; 
    uint32_t beta; 
    uint32_t gamma; 
    uint8_t delta; 

接下來，墊了手動的結構，所以，在年底你將匹配最大的類型：

uint8_t pad8[3]; // Match uint32_t 
    uint32_t pad32;  // Even number of uint32_t 
} 

下一步是決定是否結構應存放在小或大endian格式。如果存儲格式與主機系統的字節不匹配，最好的方法是在寫入之前或讀取結構之後，在原地10「交換」所有元素。