优化 C 结构布局

让我们考虑一个简单的 c 结构：

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

假设此代码作为在 64 位计算机上执行的程序的一部分运行：您期望 sizeof(struct foo) 的结果是什么？

大多数从未纠结于结构大小和优化的人会猜测它应该是 17...

...但是已经24了！这是为什么？

出现这种行为的原因是编译器优化结构布局以提高速度，并且现代规范认为对齐内存访问是访问数据的最快方式。

这意味着，根据字段和 cpu 的类型，您的数据将具有一定的对齐方式，并且将被定位为遵守该对齐方式（或者，使得字段地址 % 字段对齐 == 0）。

大小、对齐、填充

在前面的示例中，指针和 64 位字段在 64 位机器上是 8B 对齐的，这意味着，为了强制结构中的所有内容都对齐的布局，编译器将生成一些flag 和 len 字段之间的填充：

现在让我们考虑另一个示例，其中定义了这样的结构，与之前相同的机器上：

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

我们如何计算它的大小？

共有三个规则：

• 结构字段希望与其自身的自然对齐方式对齐。
• 整体结构对齐等于其最宽字段的对齐
• 如果必须并排放置两个相同类型的结构体，则第二个结构体应与其对齐方式对齐——这意味着结构体必须具有尾随填充以达到其对齐方式

快速回顾 64 位机器的基本类型对齐和大小：

type	size	alignment
char	1	1
short	2	2
int	4	4
long	8	8
float	4	4
double	8	8
pointers	8	8

还请记住：

• 数组的值类型对齐，大小为 sizeof(type) * 元素数量。
• 工会有其最广泛成员的联盟和规模。

您可以使用超级有用的 sizeof 和 _Alignof 运算符来获取自定义类型的此信息。请注意，_Alignof 从 C11 开始可用，从 C23 开始称为alignof。从 C 11 开始，根据我对 C 的理解，它始终是alignof。

有关此主题的更多信息，有关该主题的圣经是“失落的结构包装艺术”，我从中学到了几乎所有有关这方面的知识，以及大量的实践和实践经验。

优化你的结构：stropt

这个话题在工作中经常出现，当在队列中连续发送大量数据时，节省字节非常重要。

为了让我的生活更轻松，我编写了一个工具，可以参考源文件或代码片段，对作为输入传递的类型生成一些统计信息，它称为 stropt（结构优化器）。

GitHub 上的 Abathargh/stropt

构建和安装

如果您有本地 go 安装，您可以直接构建或安装应用程序：

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

github 发布页面中还提供了已编译的操作系统/架构组合列表的二进制文件：

stropt 二进制文件

使用该工具

您可以通过将源代码作为字符串进行分析来使用 stropt：

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

或者您可以传递包含定义的文件：

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

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

该工具还可以通过使用 -optimize 标志为您的类型提供可能的优化，并且它知道结构本身的字段：

请注意，详细标志用于显示内部结构（和联合）及其字段对齐和大小。

下一步是什么

这个工具是用 go 语言编写的，使用出色的modernc.org/cc C 编译器前端来解析 C 代码，并使用 charmbracelet 的 lipgloss 作为 UI。

我是为自己写的，但我很高兴公开分享；我想将其打造成一个网络应用程序，以便于直接在浏览器中使用，所以这可能是我接下来要做的事情！

以上是优化 C 结构布局的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！