STM32 字节对齐 #pragma pack

只看该作者 · 2021-6-8 15:12

1、对齐原则

min(sizeof(word ), 4) = 2，因此是 2 字节对齐，而不是我们认为的 4 字节对齐。

1）每个成员分别按自己的方式对齐，并能最小化长度；

2）复杂类型(如结构)的默认对齐方式是它最长的成员的对齐方式，这样在成员是复杂类型时，可以最小化长度；

3）对齐后的结构体整体长度必须是成员中最大的对齐参数的整数倍，这样在处理数组时可以保证每一项都边界对齐。

对于数组，比如 char a[3]：

它的对齐方式和分别写 3 个 char 是一样的，也就是说它还是按 1 个字节对齐；

如果是 typedef char Array3[3]：

Array3 这种类型的对齐方式还是按 1 个字节对齐，而不是按它的长度；

不论类型是什么，对齐的边界一定是 1,2,4,8,16,32,64.... 中的一个。

2、#pragma pack 作用

指定结构体、联合以及类成员的对齐 packing alignment;

只看该作者 · 2021-6-8 15:20

3、语法

#pragma pack ( [show] | [push | pop] [, identifier], n )

说明：

1) pack 提供数据声明级别的控制，对定义不起作用；

2) 调用 pack 时不指定参数，n 将被设成默认值；

3) 一旦改变数据类型的 alignment，直接效果就是占用 memory 的减少，但是 performance 会下降；

语法具体分析：

1) show：可选参数

显示当前packing aligment的字节数，以warning message的形式被显示；

2) push：可选参数

将当前指定的packing alignment数值进行压栈操作，这里的栈是the internal compiler stack，同时设置当前的packing alignment为n；如果n没有指定，则将当前的packing alignment数值压栈；

3) pop：可选参数

从internal compiler stack中删除最顶端的record；如果没有指定n，则当前栈顶record即为新的packing alignment数值；

如果指定了n，则n将成为新的packing aligment数值；如果指定了identifier，则internal compiler stack中的record都将被pop直到identifier被找到，然后pop出identitier，同时设置packing alignment数值为当前栈顶的record；

如果指定的identifier并不存在于internal compiler stack，则pop操作被忽略；

4) identifier：可选参数

当同push一起使用时，赋予当前被压入栈中的record一个名称；

当同pop一起使用时，从internal compiler stack中pop出所有的record直到identifier被pop出，如果identifier没有被找到，则忽略pop操作；

5) n：可选参数

指定packing的数值，以字节为单位；

缺省数值是8，合法的数值分别是1、2、4、8、16。

取消字节对齐：

#pragma pack() // 取消自定义字节对齐方式

只看该作者 · 2021-6-8 15:21

4、重要规则

1）复杂类型中各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个类型的地址相同；

2）每个成员分别对齐，即每个成员按自己的方式对齐，并最小化长度；规则就是每个成员按其类型的对齐参数（通常是这个类型的大小）和指定对齐参数中较小的一个对齐；

3）结构体、联合体或者类的数据成员，第一个放在偏移为0的地方；

以后每个数据成员的对齐，按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度两个中比较小的那个进行；

也就是说，当#pragma pack指定的值等于或者超过所有数据成员长度的时候，这个指定值的大小将不产生任何效果；

4）复杂类型（如结构体）整体的对齐是按照结构体中长度最大的数据成员和#pragma pack指定值之间较小的那个值进行；

这样当数据成员为复杂类型（如结构体）时，可以最小化长度；

5）复杂类型（如结构体）整体长度的计算必须取所用过的所有对齐参数的整数倍，不够补空字节；

也就是取所用过的所有对齐参数中最大的那个值的整数倍，因为对齐参数都是2的n次方；这样在处理数组时可以保证每一项都边界对齐。

只看该作者 · 2021-6-8 15:22

5、示例

强制对齐 #pragma pack：

#pragma pack(4) // 按 4 字节对齐，但实际上由于结构体中单个成员的最大占用字节数为 2 字节，因此实际还是按 2 字节对齐

typedef struct

{
  // buf[1] 按 1 字节对齐，buf[2] 按 1 字节对齐，由于 buf[3] 的下一成员 word a 是按两字节对齐
  // 因此 buf[3] 按 1 字节对齐后，后面只需补一空字节
  char buf[3];

  // #pragma pack(4)，取小值为 2，按 2 字节对齐
  word a;
} kk;