優化 C 結構佈局

讓我們考慮一個簡單的 c 結構：

struct foo {
    const char * str;
    unsigned char flag;
    uint64_t len;
};

假設此程式碼作為在 64 位元電腦上執行的程式的一部分運行：您期望 sizeof(struct foo) 的結果是什麼？

大多數從未糾結於結構大小和優化的人會猜測它應該是 17...

...但是已經24了！這是為什麼？

出現這種行為的原因是編譯器最佳化結構佈局以提高速度，而現代規格認為對齊記憶體存取是存取資料最快的方式。

這意味著，根據欄位和 cpu 的類型，您的資料將具有一定的對齊方式，並且將被定位為遵守該對齊方式（或者，使得欄位位址 % 欄位對齊 == 0）。

大小、對齊、填充

在前面的範例中，指標和64 位元欄位在64 位元機器上是8B 對齊的，這意味著，為了強制結構中的所有內容都對齊的佈局，編譯器將產生一些flag 和len 欄位之間的填充：

optimizing c structs layouts

現在讓我們考慮另一個範例，其中定義了這樣的結構，與之前相同的機器上：

struct bar {
    const char * str;
    short s1;
    int i1
    short s2;
    int i2;
};

我們要如何計算它的大小？

共有三個規則：

快速回顧 64 位元機器的基本類型對齊和大小：

也請記住：

您可以使用超級有用的 sizeof 和 _Alignof 運算子來取得自訂類型的此資訊。請注意，_Alignof 從 C11 開始可用，從 C23 開始稱為alignof。從 C 11 開始，根據我對 C 的理解，它始終是alignof。

有關此主題的更多信息，有關該主題的聖經是“失落的結構包裝藝術”，我從中學到了幾乎所有有關這方面的知識，以及大量的實踐和實踐經驗。

這個主題在工作中經常出現，當在佇列中連續發送大量資料時，節省位元組非常重要。

為了讓我的生活更輕鬆，我編寫了一個工具，可以參考原始檔案或程式碼片段，對作為輸入傳遞的類型產生一些統計信息，它稱為stropt（結構優化器）。

GitHub 上的 Abathargh/stropt

如果您有本機 go 安裝，您可以直接建置或安裝應用程式：

struct foo {
    const char * str;
    unsigned char flag;
    uint64_t len;
};

github 發布頁面中也提供了已編譯的作業系統/架構組合清單的二進位檔案：

stropt 二進位檔案

您可以透過將原始程式碼作為字串進行分析來使用 stropt：

struct bar {
    const char * str;
    short s1;
    int i1
    short s2;
    int i2;
};

optimizing c structs layouts

或您可以傳遞包含定義的檔案：

git clone https://github.com/Abathargh/stropt
go build

// or, if you want to install this directly
go install github.com/Abathargh/stropt

optimizing c structs layouts

該工具還可以透過使用 -optimize 標誌為您的類型提供可能的最佳化，並且它知道結構本身的欄位：

optimizing c structs layouts

請注意，詳細標誌用於顯示內部結構（和聯合）及其欄位對齊和大小。

這個工具是用 go 語言編寫的，使用出色的modernc.org/cc C 編譯器前端來解析 C 程式碼，並使用 charmbracelet 的 lipgloss 作為 UI。

我是為自己寫的，但我很高興公開分享；我想將其打造成一個網絡應用程序，以便於直接在瀏覽器中使用，所以這可能是我接下來要做的事情！

以上是優化 C 結構佈局的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！

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