C结构中的自动字段重新排序以避免填充
我花了几分钟手动重新排序结构中的字段，以减少填充效果[1]，这感觉就像几分钟太多。 我的直觉是说我的时间可能更好地花在编写Perl脚本上，或者为我做这种优化。
我的问题是这是否也是多余的; 是否已经有一些我不知道的工具，或者我应该能够启用[2]打包结构的一些编译器function？
由于需要在几种不同的体系结构中一致地优化这一事实，因此问题更加复杂，因此无论使用何种工具都需要能够考虑不同的结构对齐和指针大小。
编辑：快速澄清 – 我想要做的是重新排序源代码中的字段，以避免填充，而不是“填充”结构编译没有填充。
编辑＃2：另一个复杂因素：根据配置，某些数据类型的大小也可能会发生变化。 显而易见的是针对不同体系结构的指针和指针差异，但也有浮点类型（16,32或64位，取决于’精确性’），校验和（8位或16位取决于“速度”）和一些其他非显而易见的东西。
[1]所讨论的结构在嵌入式设备上被实例化了数千次，因此结构的每个4字节减少可能意味着该项目的go和no-go之间的差异。
[2]可用的编译器是GCC 3. *和4. *，Visual Studio，TCC，ARM ADS 1.2，RVCT 3. *以及其他一些更加模糊的编译器。
如果您可以挤出存储的每个单词都很重要，那么我必须建议手动优化结构。 一个工具可以为你最佳地安排成员，但是它不知道，例如，你在16位存储的这个值实际上永远不会超过1024，所以你可以窃取这个值的高6位这里 ……
因此，人类几乎肯定会在这份工作中击败机器人。
[编辑]但似乎你真的不想为每个架构手动优化你的结构。 也许你真的有很多架构需要支持？
我认为这个问题不适用于一般解决方案，但您可能能够将您的领域知识编码为自定义Perl / Python / something脚本，为每个体系结构生成结构定义。
此外，如果所有成员的大小都是2的幂，那么只需按大小排序成员（最大的第一个）就可以得到最佳的包装。在这种情况下，你可以使用老式的基于宏的结构构建 – 像这样的东西：
#define MYSTRUCT_POINTERS \ Something* m_pSomeThing; \ OtherThing* m_pOtherThing; #define MYSTRUCT_FLOATS \ FLOAT m_aFloat; \ FLOAT m_bFloat; #if 64_BIT_POINTERS && 64_BIT_FLOATS #define MYSTRUCT_64_BIT_MEMBERS MYSTRUCT_POINTERS MYSTRUCT_FLOATS #else if 64_BIT_POINTERS #define MYSTRUCT_64_BIT_MEMBERS MYSTRUCT_POINTERS #else if 64_BIT_FLOATS #define MYSTRUCT_64_BIT_MEMBERS MYSTRUCT_FLOATS #else #define MYSTRUCT_64_BIT_MEMBERS #endif // blah blah blah struct MyStruct { MYSTRUCT_64_BIT_MEMBERS MYSTRUCT_32_BIT_MEMBERS MYSTRUCT_16_BIT_MEMBERS MYSTRUCT_8_BIT_MEMBERS }; 有一个名为pstruct的Perl脚本通常包含在Perl安装中。 该脚本将转储结构成员偏移量和大小。 您可以修改pstruct或使用其输出作为制作实用程序的起点，该实用程序按您希望的方式打包您的结构。
$ cat foo.h struct foo { int x; char y; int b[5]; char c; }; $ pstruct foo.h struct foo { int foo.x 0 4 char foo.y 4 1 foo.b 8 20 char foo.c 28 1 }
大多数C编译器都不会这样做，因为你可以做一些奇怪的事情（比如在结构中获取一个元素的地址，然后使用指针魔法来访问其余部分，绕过编译器）。 一个着名的例子是AmigaOS中的双链表，它使用守护节点作为列表的头尾（这使得在遍历列表时可以避免ifs）。 监护人头节点总是具有pred == null ，尾节点将具有next == null ，开发人员head_next null tail_pred两个节点转换为单个三指针struct head_next null tail_pred 。 通过使用head_next的地址或null作为头节点和尾节点的地址，它们节省了四个字节和一个内存分配（因为它们只需要整个结构一次）。
因此，最好的办法是将结构编写为伪代码，然后编写一个预处理器脚本，从中创建真实的结构。
看看#pragma pack。 这会更改编译器如何对齐结构中的元素。 您可以使用它来强制它们紧密包装在一起，没有空格。
在这里查看更多细节
它也取决于平台/编译器。 如上所述，大多数编译器将所有内容填充到4字节对齐（或更糟！），因此假设一个结构有2个短路和一个长：
short long short
将占用12个字节（带有2 * 2个字节的填充）。
重新安排它
short short long
仍然会占用12个字节，因为编译器将填充它以使数据访问更快（这是大多数桌面的默认设置，因为他们更喜欢快速访问内存使用）。 您的嵌入式系统有不同的需求，因此无论如何都必须使用#pragma pack。
至于重新排序的工具，我只需（手动）重新组织您的结构布局，以便将不同的类型放在一起。 首先把所有的短裤放进去，然后把所有的短裤放进去等等。如果你要完成包装，这就是工具无论如何都会做的。 在类型之间的转换点，中间可能有2个字节的填充，但我不认为这值得担心。
编译器可能不会通过自己的头重新排序结构中的字段。 标准要求字段应按其定义的顺序排列。 做其他事可能会以微妙的方式破坏代码。
在编写时，当然完全有可能制作某种代码生成器，以有效的方式在字段周围进行混乱。 但我更喜欢手动执行此操作。
考虑如何制作这样的工具…我想我会从调试信息开始。
从源头获取每个结构的大小是一件痛苦的事。 它重叠了编译器已经完成的许多工作。 我对ELF不太熟悉，无法准确地说明如何从调试二进制文件中提取结构大小信息，但我知道信息存在是因为调试器可以显示它。 或许obudump或binutils包中的其他内容可以为您轻松获取（至少对于使用ELF的平台）。
获得信息后，剩下的就很简单了。 将成员从大到小排序，尽可能保持原始结构的排序。 使用perl或python，甚至可以很容易地将其与其他源交叉引用，甚至可以保留注释或#ifdef，具体取决于它们的使用方式。 最大的痛苦是在整个代码库中更改结构的所有初始化。 让人惊讶。
这就是事情。 这听起来真的很不错，但我不知道有任何这样的现有工具可以做到这一点，当你自己编写时…我认为你已经能够手动重新排序程序中的大多数结构。
我有同样的问题。 正如另一个答案中所建议的那样，pstruct可能有所帮 但是，它确实提供了我们所需要的。 实际上pstruct使用gcc提供的调试信息。 我根据同样的想法写了另一个脚本。
您必须使用STUBS调试信息（ -gstubs ）生成程序集文件。 （有可能从矮人那里获得相同的信息，但我使用的方法与pstruct相同）。 没有修改编译过程的好方法是在编译选项中添加"-gstubs -save-temps=obj" 。
以下脚本读取程序集文件，并检测在结构中添加额外字节的时间：
#!/usr/bin/perl -n if (/.stabs[\t ]*"([^:]*):T[()0-9,]*=s([0-9]*)(.*),128,0,0,0/) { my $struct_name = $1; my $struct_size = $2; my $desc = $3; # Remove unused information from input $desc =~ s/=ar\([0-9,]*\);[0-9]*;[-0-9]*;\([-0-9,]*\)//g; $desc =~ s/=[a-zA-Z_0-9]+://g; $desc =~ s/=[\*f]?\([0-9,]*\)//g; $desc =~ s/:\([0-9,]*\)*//g; my @members = split /;/, $desc; my ($prev_size, $prev_offset, $prev_name) = (0, 0, ""); for $i (@members) { my ($name, $offset, $size) = split /,/, $i; my $correct_offset = $prev_offset + $prev_size; if ($correct_offset < $offset) { my $diff = ($offset - $correct_offset) / 8; print "$struct_name.$name looks misplaced: $prev_offset + $prev_size = $correct_offset < $offset (diff = $diff bytes)\n"; } # Skip static members if ($offset != 0 || $size != 0) { ($prev_name, $prev_offset, $prev_size) = ($name, $offset, $size); } } }
调用它的好方法：
find . -name *.s | xargs ./detectPaddedStructs.pl | sort | un