带有枚举的结构在 C 和 C++ 中是不同的，为什么？

Question

任务是通过I2C从Arduino向STM32发送数据。

所以我使用 C++ 在 Arduino 中定义了结构和枚举：

enum PhaseCommands {
    PHASE_COMMAND_TIMESYNC  = 0x01,
    PHASE_COMMAND_SETPOWER  = 0x02,
    PHASE_COMMAND_CALIBRATE = 0x03
};

enum PhaseTargets {
    PHASE_CONTROLLER = 0x01,
    // RESERVED = 0x02,
    PHASE_LOAD1 = 0x03,
    PHASE_LOAD2 = 0x04
};

struct saatProtoExec {
    PhaseTargets   target;
    PhaseCommands  commandName;
    uint32_t       commandBody;
} phaseCommand;

uint8_t phaseCommandBufferSize = sizeof(phaseCommand);

phaseCommand.target = PHASE_LOAD1;
phaseCommand.commandName = PHASE_COMMAND_SETPOWER;
phaseCommand.commandBody = (uint32_t)50;

另一方面，我使用 C:

得到了相同的定义

typedef enum {
    COMMAND_TIMESYNC  = 0x01,
    COMMAND_SETPOWER  = 0x02,
    COMMAND_CALIBRATE = 0x03
} MasterCommands;

typedef enum {
    CONTROLLER = 0x01,
    // RESERVED = 0x02,
    LOAD1 = 0x03,
    LOAD2 = 0x04
} Targets;

struct saatProtoExec {
    Targets         target;
    MasterCommands  commandName;
    uint32_t        commandBody;
} execCommand;

uint8_t execBufferSize = sizeof(execCommand);

execCommand.target = LOAD1;
execCommand.commandName = COMMAND_SETPOWER;
execCommand.commandBody = 50;

然后我逐字节比较这个结构：

=====================
BYTE    | C++   |  C
=====================
Byte 0 -> 0x3  -> 0x3
Byte 1 -> 0x0  -> 0x2
Byte 2 -> 0x2  -> 0x0
Byte 3 -> 0x0  -> 0x0
Byte 4 -> 0x32 -> 0x32
Byte 5 -> 0x0  -> 0x0
Byte 6 -> 0x0  -> 0x0
Byte 7 -> 0x0  -> 0x0

那么为什么字节 1 和 2 不同？

Answer 1

这真是个糟糕的主意。

您永远不应该依赖结构的二进制表示在两种 C 实现之间是相同的，更不用说从 C 到 C++ 了！

您应该编写一些适当的 serialization/deserialization 代码，以在结构的外部表示的字节级别进行控制。

也就是说，这可能是由于填充所致。您最终通过外部 link 发送填充（这只是编译器添加的内容以保持其主机 CPU 快乐）是这种方法有多么糟糕的另一个迹象。

Answer 2

在C版本中明确表示sizeof(Targets) == 1。看起来结构的第二个字段是 2 字节对齐的，所以你有一个填充字节，内容未定义。

现在，在 C++ 中，sizeof(PhaseTargets) 可能是 1 或 2。如果它是 1（可能），一切都很好，并且你有相同的填充 space，只是碰巧有不同的垃圾值。如果它是 2... 那么，您将得到一个错误的枚举值！

初始化结构的简单方法是在变量的定义中。如果您还没有值，只需添加一个 0，所有结构都将初始化为 0。

struct saatProtoExec execCommand = {0};

如果无法做到这一点，您可以在使用前memset()将其归零。

一种可移植的替代方法是将结构的字段声明为适当大小的整数，并使用 enum 类型作为常量集合。

struct saatProtoExec {
    uint8_t         target;
    uint8_t         commandName;
    uint8_t         padding[2];
    uint32_t        commandBody;
} execCommand;

Answer 3

好吧，如前所述，您不应该依赖具有特定格式的结构。但是，有时使用结构而不是序列化会很方便，因为如果不需要转换并且表示在给定体系结构上的运行时间兼容且高效。

因此，这里有一些使用结构的建议：

使用适当的编译指示或属性来确保布局不依赖于项目选项。
添加检查以验证最终大小是否符合预期。在 C++ 中，您可以使用 static_assert.
同时添加检查字节顺序是否符合预期。
通过单元测试来确认格式也是一个好主意。

无论如何，我还建议避免在通用代码和序列化中使用相同的 struct。有时，增加未序列化的成员或做一些调整是有用的。

另一件重要的事情是计划在某些时候，您可能需要添加额外的字段并转换旧数据，或者可能会发现一些错误并需要更正数据。

您可能还想考虑如果在旧软件中打开新文件会发生什么情况。在很多情况下，它可能会被拒绝。

带有枚举的结构在 C 和 C++ 中是不同的，为什么？

Structs with enums are different in C and C++, why?

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