为什么只有 "char" 类型成员的结构中没有填充？

Question

我在结构中只声明了 char 类型成员。

#include <stdio.h>

struct st
{
    char c1;
    char c2;
    char c3;
    char c4;
    char c5;
};

int main() {
    struct st s;
    printf("%zu\n", sizeof(s));
    return 0;
}

输出： [Live Demo]

那么，为什么只有 char 类型成员的结构没有填充？

Answer 1

填充是为了强制执行对齐要求。如果成员位于可被其大小整除的地址，则称该成员对齐（与其大小）。

在您的示例中不需要填充，因为 st 结构的所有成员都已经与其大小对齐，即：st 的每个成员的地址已经可以被整除它的大小。所有成员都是char类型，char的大小是1。如果成员的大小是 1，则该成员始终与其大小对齐，因为任何地址都可以被 1.

整除

Answer 2

某些类型在正确对齐时具有更好的 performance/stability 等。当此类变量后面有其他变量使其起始位置为 "not well-aligned" 时，编译器可能会决定添加填充以便对齐顺利。这都是可选的，当你只有字节时当然没有必要 (char).

如果您编写这样的结构，您将更有可能观察到填充：

struct pad{
    int8_t a;
    int64_t b;
};
assert(sizeof(struct pad) == 16);

其内存布局应该是这样的：

|---|-------|---------|
| 1 |   7   |    8    |
|---|-------|---------|
byte|padding|64-bit int

话又说回来，不需要对齐字节，因为它们是最小的存储单位。

Answer 3

结构中的填充存在 （大部分） 以强制个人成员与其 基本对齐方式对齐要求，即（C11 3.2p1）：

requirement that objects of a particular type be located on storage boundaries with addresses that are particular multiples of a byte address

结构中间和末尾的填充用于确保即使在这些结构的数组中，每个成员仍将根据它们的对齐方式对齐要求。 C11 6.2.8p1:

Complete object types have alignment requirements which place restrictions on the addresses at which objects of that type may be allocated. An alignment is an implementation-defined integer value representing the number of bytes between successive addresses at which a given object can be allocated. An object type imposes an alignment requirement on every object of that type: stricter alignment can be requested using the _Alignas keyword.

现在，所有其他类型的对齐要求都是实现定义的，但有一点是隐含的：因为对齐要求在 size_t 中表示； sizeof (char) 为 1，指向字符类型的指针可用于寻址其他类型中的每个单独字符，字符类型的基本对齐要求不能超过 1。令人惊讶的是，C 标准中并未明确说明全部;它只有这个模糊的措辞 (C11 6.2.8p6):

The types char, signed char, and unsigned char shall have the weakest alignment requirement.

由于char的对齐最多为1，编译器不需要添加任何填充，因为即使结构刚好是5字节长，那么即使在数组中，一些结构从奇数地址开始，这些结构的每个成员仍将正确对齐。

为什么只有 "char" 类型成员的结构中没有填充？

Why is there no padding in the structure for only "char" type members?

c

gcc

structure

padding

char