4.5 紧凑数据空间分配

通过将数据打包到结构体中，可以减少应用程序所需的内存。这在嵌入式系统中尤其重要，尤其是当你需要存储和访问大型数据数组时。

如果结构体中的各个成员没有打包，编译器可能会根据每个成员的自然对齐方式，在结构体内部添加填充字节，以加快对单个成员的访问速度。

kf32clang提供了 pragma 和属性，用于在结构体或联合体中打包成员，而不添加任何填充字节。

表4.5 在结构体或联合体中打包成员

Pragma或 attribute	描述
#pragma pack (n)	对于每个成员，如果 n 字节小于该成员的自然对齐方式，则将对齐方式设置为 n 字节；否则，使用该成员的自然对齐方式。
__attribute__((packed))	这等同于 #pragma pack(1)。不过，该属性也可以用于结构体或联合体中的单个成员。

4.5.1 打包整个结构体

要打包整个结构体或联合体，可以在结构体声明中使用 __attribute__((packed)) 或 #pragma pack(n)，如代码示例所示。该属性和 pragma 会应用于结构体或联合体的所有成员。如果某个成员本身是结构体，则该结构体的对齐方式为 1 字节，但该结构体内部的成员仍保持它们的自然对齐方式。

/* 未打包：结构体大小为 12 字节，对齐方式为 4 字节 */
struct stc
{
    char one;
    short two;
    char three;
    int four;
};

/* 使用 __attribute__((packed)) 打包：结构体大小为 8 字节，对齐方式为 1 字节 */
struct __attribute__((packed)) stc
{
    char one;
    short two;
    char three;
    int four;
};

使用 #pragma pack(n) 时，结构体的对齐方式为应用 #pragma pack(n) 后结构体中最大成员的对齐方式。

表4.6 打包结构体

上：未打包时结构体的内存布局；下：打包后结构体的内存布局。

4.5.2 在结构体中打包单个成员

要打包结构体的单个成员，可以在该成员上使用 __attribute__((packed))。这会将该成员对齐到字节边界，从而减少整个结构体所需的内存。它不会影响其他成员的对齐方式。因此，整个结构体的对齐方式仍等于最大成员在未使用 __attribute__((packed)) 时的自然对齐方式。

/* 仅打包成员 four：结构体大小为 10 字节，对齐方式为 2 字节 */
struct stc
{
    char one;
    short two;
    char three;
    int __attribute__((packed)) four;
};

表4.7 打包结构体中单个成员

上：未打包单个成员时结构体的内存布局；下：打包单个成员后结构体的内存布局。

4.5.3 访问结构体中被打包的成员

如果结构体或联合体的某个成员被打包，因此不具有其自然对齐方式，那么访问该成员时必须通过包含它的结构体或联合体进行。不能获取该打包成员的地址作为指针使用，因为指针可能未对齐。即使目标平台支持未对齐访问，解引用这样的指针也可能不安全，因为某些指令始终要求地址按字对齐。

struct __attribute__((packed)) foobar
{
    char x;
    short y;
};

short get_y(struct foobar *s)
{
    // Correct usage: the compiler will not use unaligned accesses
    // unless they are allowed.
    return s->y;
}

short get2_y(struct foobar *s)
{
    short *p = &s->y; // Incorrect usage: 'p' might be an unaligned pointer.
    return *p; // This might cause an unaligned access.
}