类 C 结构中自动字段重新排序的方法

Question

有没有办法在类似 C 的结构中执行 automatic fields reordering？我的意思是使用语言特性（C 和 C++ 的预处理器和 C++ 的 templates/type traits/etc），这使得可以执行以下宏（Boost.Fusion-like 风格来适应结构）：

REARRANGE(StructureName,
          (int8_t)(FieldName1),
          (int32_t)(FieldName2),
          (int16_t)(FieldName3),
          (int32_t)(FieldName4));
// is equivalent to (without loss of generality):
struct StructureName
{

    int32_t FieldName2;
    int32_t FieldName4;
    int16_t FieldName3;
    int8_t FieldName1;

};

当然，方法应考虑字段的 alignof 值（连同 sizeof），如果可能，还应考虑 #pragma pack 当前值。

我知道结果的可移植性不好，但它仅供本地使用。

必须将字段名称与各自的类型一起保存。

目的是减少总体结构大小。

Answer 1

对于 MS 编译器，使用 #pragma pack，（#pragma pack(1) 消除了所有间隙）。并查看 link 了解详细信息，因为此指令不能保证始终有效。
对于 GCC 有 __attribute__ ((packed))

由于您的唯一目标是尽可能减少内存中数据的大小，因此这正是您所需要的。

Answer 2

我找到了 C++14 解决方案：

#include <boost/preprocessor/seq/for_each_i.hpp>
#include <boost/preprocessor/repetition/enum.hpp>

#include <utility>

#include <cstddef>

namespace details
{

template< std::size_t /*index*/, typename /*tag*/ >
struct member;

struct pair
{
    std::size_t k, v; 
    constexpr bool operator < (pair const & r) const { return r.k < k; }
};

constexpr void swap(pair & l, pair & r) { pair m = r; r = l; l = m; }

template< int N >
constexpr
void qsort(pair (&a)[N], int const l, int const r)
{ 
    int i = l, j = r;
    pair pivot = a[l + (r - l) / 2];
    while (!(j < i)) { 
        while (a[i] < pivot) ++i;
        while (pivot < a[j]) --j;
        if (!(j < i)) {
            swap(a[i], a[j]);
            ++i;
            --j;
        }
    }
    if (l < j) qsort(a, l, j);
    if (i < r) qsort(a, i, r);
}

template< int N >
struct map
{
    pair a[N];
};

template< int N, std::size_t ...indices >
constexpr
map< N > make_map(pair (&a)[N], std::index_sequence< indices... >)
{
    return {{a[indices]...}};
}

template< int N >
constexpr
map< N > qsort(pair (&&a)[N])
{
    if (1 < N) {
        qsort< N >(a, 0, N - 1);
    }
    return make_map< N >(a, std::make_index_sequence< N >{});
}

}

#define GEN0(z, tag, index, type_name) template<> struct member< index, tag > \
{ BOOST_PP_SEQ_HEAD(type_name) BOOST_PP_SEQ_HEAD(BOOST_PP_SEQ_TAIL(type_name)); };

#define GEN1(z, ignored, index, type_name) {sizeof(BOOST_PP_SEQ_HEAD(type_name)), index},

#define GEN2(z, index, tags) details::member< BOOST_PP_SEQ_HEAD(tags)::map.a[index].v, BOOST_PP_SEQ_HEAD(BOOST_PP_SEQ_TAIL(tags)) >

#define GEN(ns, tag, members) \
namespace ns { struct tag; } \
namespace details { BOOST_PP_SEQ_FOR_EACH_I(GEN0, ns::tag, members) } \
namespace details::tags::ns { struct tag { static constexpr auto map = qsort({BOOST_PP_SEQ_FOR_EACH_I(GEN1, %%, members)}); }; } \
namespace ns { struct tag : BOOST_PP_ENUM(BOOST_PP_SEQ_SIZE(members), GEN2, (details::tags::ns::tag)(tag)) {}; }

struct T { char c[3]; };

GEN(user::u2, S, ((char)(c))((int)(i))((T)(t)))

#include <cassert>

int main()
{
    using namespace details;
    void(member< 0, user::u2::S >{}.c);
    void(member< 1, user::u2::S >{}.i);
    static_assert(tags::user::u2::S::map.a[0].k == 4);
    static_assert(tags::user::u2::S::map.a[1].k == 3);
    static_assert(tags::user::u2::S::map.a[2].k == 1);
    user::u2::S s{4, {'a', 'b', 'c'}, 'd'};
    assert((void *)&s.i == (void *)&s);
    assert((void *)&s.t < (void *)&s.c);
    static_assert(sizeof(s) == 8);
}

Answer 3

一些解决方案：

使用 clang-reorder-fields in clang-tools-extra
让 gcc 使用 -fipa-struct-reorg. That option has been removed since gcc 4.8.x but is still in active development for inclusion back to official gcc in a future version. In the meantime if you want to try you'll have to build gcc from source using the struct-reorg branch on gcc SVN or the github mirror

类 C 结构中自动字段重新排序的方法

Approach for automatic fields reordering in C-like structs

c

c++

struct

alignment

c++14