Когда использовать выравнивание в 1 байт

149

01 апреля 2019, 07:50

#include <iostream>
struct S1
{
    char a;
    int b;
    char d;
};
#pragma pack(1)
struct S2
{
    char a;
    int b;
    char d;
};
int main()
{
 std::cout<<sizeof(S1)<<std::endl;
 std::cout<<sizeof(S2)<<std::endl;
}

output:

Когда стоить использовать выравнивание в 1 байт, только при небольших объемах памяти? Какие плюсы и минусы?

Answer 1

Пройдемся по плюсам и минусам.

плюсы
- структуры имеют меньший размер, меньше расход памяти
- бывает удобно при сериализации/десериализации
- иногда упрощает низкоуровневый код.
минусы
- внутренние поля могут быть выровненные "неудобно" для процессора и можно получить замедление работы программы
- иногда выравнивание может быть не таким, как ожидает программист. Может быть разным на разных платформах или версиях компилятора. Поэтому для сериализации иногда может и не подойти. Нужно как минимум жестко контролировать через sizeof и другие методы.
- выравнивание очень специфично работает, если есть битовые поля (специфично - не так как ожидает программист).

В целом, выравнивание стоит использовать в следующих ситуациях:

нужно хранить много-много структур и скоростью работы программы можно пожертвовать. Но возможно можно просто переупорядочить поля.
пишется простое ipc и размер имеет значение (хотя лучше взять что то готовое)
используется api операционной системы и "так нужно".
хочется поэкспериментировать и поизучать компилятор глубже.

P.S. Кстати, в коде есть проблема. После того, как применили упаковку, нужно её аккуратно вернуть назад. Да, в этом примере ничего не будет, но если pragma pack попадет в header файл, может быть большая беда - одна и та же структура будет иметь разный размер в разных единицах компиляции, поля будут выровнены по разному.

#pragma pack(push, 1)
struct Foo
{
    // ...
};
#pragma pack(pop)

P.S.S. Можно ещё на хабре почитать.

Answer 2

Когда использовать? Тогда, когда Вы точно знаете, что делаете и это абсолютно необходимо. Какие минусы? Неопределённое поведение. Вот Ваш модифицированный код:

#include <iostream>
using std::cout;
struct S1
{
    char a;
    int b;
    char d;
};
#pragma pack(1)
struct S2
{
    char a;
    int b;
    char d;
};
int main()
{
    cout << sizeof(S1) << "\n";
    cout << sizeof(S2) << "\n";
    cout << alignof(int) << "\n";
    S2 s2;
    size_t address = reinterpret_cast<size_t>(&s2.b);
    cout << "Var address: " << std::hex << address  << "\n";
    cout << "Properly aligned? " << std::boolalpha << (address % alignof(int) == 0);
}

Последняя строчка скорее всего выведет false, что означает, что переменная типа int расположена по адресу, который противоречит требования выравнивания для этого типа (стандарт [basic.align]). А раз это противоречит требованиям стандарта, значит Ваша программа некорректна.