struct字节对齐+柔性数组问题

最新推荐文章于 2023-12-25 13:28:42 发布
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Ye_wanxuan/article/details/79520039
本文介绍了C语言结构体中的字节对齐规则，包括成员变量的偏移量必须为该成员大小的整数倍以及结构体总大小必须为最宽成员的整数倍。此外，文章还探讨了柔性数组的概念及其在Redis源码中的应用，指出其在构造不定长数据包和节省内存方面的优势，并提到通过p->array[-1]可以访问到柔性数组的长度字段。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

前几天在看redis源码的sds数组，大量的柔性数组应用，array[-1]等等刷新了认知，决定记下来。

1.字节对齐问题

http://blog.sina.com.cn/s/blog_7cfc0d130102vrq8.html这里面有大量的例子，不赘述。

原则有二，第一，各成员变量的偏移量（就是前面的成员加起来占了多少个字节），必须为该成员大小的整数倍。（char1字节，short 2字节，int 4字节，double 8字节），否则在上一个变量后填充字节数

   struct X

   {

           char a; //自身1个字节              +3 = 4个字节

           char* b; //char给的的偏移量只有1个字节，可是指针自身4个字节，不行不是整数倍，b说要给a加三个字节  (1+3)  +  4 = 8

           double c; //偏移量有8个字节，自身8个字节，完美。      8+8  =  16

    }S1;

    综上，sizeof(s1) = 16;


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手把手写C++服务器(10)：结构体struct常用技术之柔性数组、字节对齐、__attribute__
沉迷单车的追风少年
07-02 781
柔性数组：为变长结构体而生 数组名不占用内存空间 柔性数组的定义方法 为什么需要柔性数组？ 怎样使用柔性数组？ 结构体中的字节对齐问题 __attribute__：进行属性设置 1、aligned：指定对选哪个的对齐格式 2、packed：取消编译过程中的优化对齐 3、at：绝对定位，将变量或函数绝对定位到flash或RAM中 4、weak：转换成弱符号类型 5、unused：忽略未使用函数的告警 6、deprecated：管理过时代码 7、may_alias：取消拒绝类型打印指针
Flexible Array - 柔性数组
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04-27 1221
灵活数组成员是一种特殊的数组类型，其中具有多个命名成员的结构的最后一个元素具有不完整的数组类型； 也就是说，数组的大小未在结构中明确指定。这种“struct hack”在实践中得到了广泛使用，并得到了各种编译器的支持。因此，已经使用了各种不同的语法来声明灵活的数组成员。对于符合标准的C实现，请使用C标准保证有效的语法。 the C Standard, 6.7.2.1, paragraph 18中定...
c语言结构体中含有柔性数组字节对齐问题。
Temet_nosce的博客
08-29 485
struct test { char a; int b[]; }; int main() { struct test c; struct test* ps = (struct test*)malloc(sizeof(struct test) + 5 * sizeof(int)); printf("%d\n", sizeof(c)); int i = 0; for (i = 0; i < 5; i++) { ps->b[i] = i; } return 0; } 程序运行
柔性数组
dingxiu8587的博客
12-02 120
柔性数组 * 柔性数组即数组大小待定的数组 * C语言中结构体的最后一个元素可以是大小未知的数组 * C语言中可以由结构体产生柔性数组 #include <stdio.h> #include <malloc.h> typedef struct _soft_array { int len; int ...
结构体对齐, 位域, 柔性数组
DOS5GW的专栏
05-26 1152
<br />C99中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做柔性数组成员，但结<br />构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。 柔性数组成员允许结构中包含一个大小可<br />变的数组。sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。包含柔性数组成员的结构用<br />malloc ()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，以适应柔性数组<br />的预期大小。<br />柔性数组到底如何使用呢？看下面例子：<br />typedef struct st_type
*字节对齐/大小端/柔性数组**
qq_44891360的博客
08-06 270
字节对齐/大小端/柔性数组 /* 字节对齐—利用空间换时间，提高计算机运行效率（以下均在32位系统下） 地址 0x0012ff7c—换算为计算机二进制，即每个数代表4个数，一共32位，一个字节占8个比特位 0x 0 0 1 2 f f 7 c 表示16进制 0000 0000 0001 0010 1111 1111...
C语言柔性数组实例详解
09-04
这里的`sizeof(struct s_test)`不包括柔性数组`c`，因此需要额外分配`n`个字节的空间。然后，`c`数组的起始地址可以通过`ptest + 1`获得，这样就可以在柔性数组部分存储数据了。 总结来说，C语言的柔性数组提供了一...
柔性数组 柔性数组使用
weixin_63666347的博客
04-01 323
6. 柔性数组 结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做柔性数组成员 struct s1 { int num; double d; int arr[ ];//柔性数组成员 }; struct s2 { int num; double d; int arr[0];//柔性数组成员 }; 6.1 柔性数组的特点： 结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员 sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存 包...
【C语言进阶深度学习记录】十 C语言中：struct的柔性数组和union分析
厚积薄发
02-19 1634
本文并不讲C语言的基础 文章目录1 空struct的大小2 结构体与柔性数组2.1 柔性数组的使用方法2.2 柔性数组使用代码案例分析3 C语言中的union分析3.1 使用union判断系统大小端4 总结 1 空struct的大小 C语言中的struct可以看成是变量的集合 如果一个struct里面什么都没有，是空的，那么它的大小是多少呢?(不考虑C++语言的特性) 实际上这在不同...
C语言结构体冷知识——柔性数组详解
weixin_72883322的博客
01-31 594
本文主要讲解了c语言柔性数组，说明了其特点，使用方法及其优势
柔性数组介绍
ll148305879的博客
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柔性数组 柔性数组，简而言之就是一个在struct结构里的标识占位符（不占结构struct的空间），只能在堆上生成。 在结构体内，有一个数组，必须是结构体中的最后一个元素，而且有特定的形式[]或者[0],结构体中至少要有两个成员体变量。 实例： 此时的字符数...
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Bigbosss的博客
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在讲述柔性数组成员之前，首先要介绍一下不完整类型，不完整类型是这样一种类型，它缺乏足够的信息例如长度去描述一个完整的对象 C和C++关于不完整类型的语义是一样的，即缺乏足够的信息对数组进行相应的描述。 Class Base; Struct Test; 只给出了声明，没有给出定义，不完整类型必须通过某种方式补充完整，才能使用它们进行实例化，否则只能用于定义指针或者引用，因为此时实例化的是指针或引用本...
C结构体对齐+柔性数组
weixin_43691984的博客
03-31 1186
一、结构体对齐   结构体是C语言中的一种自定义类型，结构体中可以有不同类型的数据类型作为结构体的成员，其中，这些成员在内存中存储的时候，存在内存对齐现象。 🍖1、什么是内存对齐？   那么问题来了？什么是结构体的内存对齐呢？ ，结构体内存对齐其实是，结构体成员在内存中的存储情况 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。 对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。 VS中默认的值为8 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变
动态内存管理
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动态内存函数 malloc void* malloc (size_t size); 申请一块size大小的虚拟内存，如果开辟成功，则返回开辟好空间的指针，如果开辟失败，则返回NULL指针，对返回值类型需做强制转换，如果参数size为0，malloc的行为标准是未定义的，取决于编译器 free void free (void* ptr); 释放动态开辟的内存，但不会把指针置NULL，如果p...
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04-18 1621
转载前注明出处，欢迎转载分享 结构体： 大小：结构体的大小不是说结构体中的每个变量的数据类型之和就是结构体的大小，而是按照内存对齐的方式来计算的。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 struct test {     char a;     int b;     char c;     char *d;     short e;     long long f
详解结构体（包含结构体内存对齐，柔性数组，位段）【尊嘟很详细】
2301_80058734的博客
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（struct+结构名+{}）int a;char b;//分号不能少//结构体成员不能在结构体内赋初值关键字struct与结构名一起构成结构类型名例struct books是一个结构类型名结构体可以嵌套定义但结构体定义时不允许将成员的数据类型定义成自身的结构类型，这是因为结构类型的声明是构造阶段，系统还不知道需要分配多少内存空间。但是结构类型中可以含有指向自身类型的指针变量。①在结构体定义时定义，此时变量位于结构体{}之后的；之前②在结构体定义完后定义③在匿名结构体定义时定义。
C语言：动态内存管理(动态内存+柔性数组讲解)
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C语言提供了一个动态内存的开辟的函数：malloc这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。1.如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。2.如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查。3.返回值的类型是 void*(返回值为指针)，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定(强制类型转换)。4.如果参数size 为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。int main()
netlink传输后柔性数组的数据是空的
最新发布
08-01
<think>我们正在讨论一个关于Linux内核中netlink机制的问题。具体来说，当使用netlink传输包含柔性数组（flexible array）的数据结构时，接收端获取到的数据为空。我们需要分析原因并提供解决方案。 ### 问题分析 柔性数组（也称为零长度数组）是C语言中的一种特性，它允许在结构体的末尾定义一个长度为零的数组，用于表示可变长度的数据。例如： ```c struct my_msg { int len; char data[0]; // 柔性数组 }; ``` 在netlink消息中，我们可能会将这样的结构体作为消息体发送。但是，接收端在解析消息时，可能会发现`data`部分为空。 可能的原因： 1. **内存分配不足**：在发送端，为包含柔性数组的结构体分配内存时，除了结构体本身的大小，还需要为柔性数组的实际数据分配额外的空间。如果分配不足，会导致数据截断或未定义行为。 2. **netlink消息格式问题**：netlink消息由消息头和消息体组成，消息体通常由属性（attribute）组成。如果直接发送结构体，而没有正确设置属性，接收端可能无法正确解析。 3. **对齐问题**：netlink消息要求按4字节对齐（NLMSG_ALIGN），结构体中的柔性数组可能导致对齐问题。 4. **复制问题**：在构造netlink消息时，如果使用memcpy复制结构体，但没有复制柔性数组的数据，或者复制的长度不正确，会导致接收端数据缺失。 ### 解决方案 #### 1. 正确分配内存 在发送端，为包含柔性数组的结构体分配内存时，需要分配结构体基大小加上柔性数组所需空间。例如： ```c int data_len = 100; // 假设柔性数组需要100字节 struct my_msg *msg = malloc(sizeof(struct my_msg) + data_len); msg->len = data_len; memcpy(msg->data, source_data, data_len); ``` #### 2. 使用netlink属性封装数据 建议使用netlink属性（nlattr）来封装数据，而不是直接发送结构体。netlink属性可以更好地处理可变长度数据。例如： ```c // 发送端 struct nlmsghdr *nlh; struct nlattr *attr; int msg_size = NLMSG_SPACE(sizeof(struct my_msg) + data_len); nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(msg_size); memset(nlh, 0, msg_size); nlh->nlmsg_len = msg_size; // ... 设置nlmsghdr的其他字段 // 使用属性封装 attr = (struct nlattr *)((char *)nlh + NLMSG_ALIGN(sizeof(struct nlmsghdr))); attr->nla_type = MY_ATTR_TYPE; attr->nla_len = NLA_HDRLEN + sizeof(struct my_msg) + data_len; // 将结构体数据复制到属性中 struct my_msg *msg = (struct my_msg *)((char *)attr + NLA_ALIGN(sizeof(struct nlattr))); msg->len = data_len; memcpy(msg->data, source_data, data_len); // 然后发送nlh ``` #### 3. 接收端正确解析 在接收端，应该使用标准的netlink属性解析函数（如nla_parse）来解析属性，然后从属性中提取数据。 ```c // 接收端处理函数 static int my_recv_msg(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh) { struct nlattr *attr; struct my_msg *msg; int len; // 解析属性 struct nla_policy policy[MY_ATTR_TYPE+1] = { [MY_ATTR_TYPE] = { .type = NLA_UNSPEC }, }; struct nlattr *attrs[MY_ATTR_TYPE+1]; if (nla_parse(attrs, MY_ATTR_TYPE, nlmsg_attrdata(nlh, 0), nlmsg_attrlen(nlh, 0), policy) < 0) { return -1; } if (attrs[MY_ATTR_TYPE]) { attr = attrs[MY_ATTR_TYPE]; msg = (struct my_msg *)nla_data(attr); // 获取属性数据 len = nla_len(attr) - sizeof(struct nlattr); // 实际数据长度 // 注意：这里msg指向的数据包含了struct my_msg和柔性数组数据 // 但是，柔性数组的长度由msg->len指定，需要验证len是否足够 if (len < sizeof(struct my_msg) || len < sizeof(struct my_msg) + msg->len) { // 长度不匹配 return -1; } // 处理msg->data数据 } return 0; } ``` #### 4. 确保对齐 在计算消息长度和复制数据时，使用NLMSG_ALIGN和NLA_ALIGN来确保对齐。 ### 总结 接收端获取数据为空的主要原因是发送端没有正确地为柔性数组分配足够的内存，或者在构造netlink消息时没有正确设置属性和对齐。使用netlink属性来封装数据，并确保在发送端分配足够的内存，在接收端使用标准的netlink属性解析函数，可以解决这个问题。 ### 相关问题 1. 在Linux内核中，netlink消息的构造和发送有哪些最佳实践？ 2. 如何处理netlink消息中的可变长度数据？ 3. 柔性数组在内核编程中还有哪些应用场景？ 4. 如何调试netlink通信中的数据传输问题？</think>### Netlink传输包含柔性数组的数据结构问题分析 #### 问题原因 1. **内存分配不足** 发送端未正确分配柔性数组所需空间： ```c // 错误示例：仅分配基础结构体大小 struct my_msg *msg = malloc(sizeof(struct my_msg)); // 正确做法：包含柔性数组空间 struct my_msg *msg = malloc(sizeof(struct my_msg) + data_len); ``` 柔性数组本质是结构体末尾的动态内存扩展，若未分配额外空间，接收端访问的`msg->data`将越界[^1]。 2. **Netlink属性处理不当** Netlink要求变长数据必须通过`nlattr`封装： ```c // 错误：直接发送结构体 nla_put(skb, MY_TYPE, sizeof(*msg), msg); // 正确：单独封装柔性数组 struct nlattr *attr = nla_nest_start(skb, MY_TYPE); nla_put(skb, SUB_TYPE_DATA, data_len, msg->data); nla_nest_end(skb, attr); ``` 直接发送包含柔性数组的结构体会导致元数据与数据分离[^2]。 3. **对齐问题** Netlink要求4字节对齐（`NLMSG_ALIGN`），柔性数组可能导致： ```c // 错误：未处理对齐 memcpy(nlmsg_data(nlh), msg, total_size); // 正确：使用标准API struct my_msg *payload = nla_reserve(skb, MY_TYPE, total_size); memcpy(payload, msg, total_size); ``` 4. **接收端解析错误** 接收端未使用迭代方式解析嵌套属性： ```c // 错误：直接强制类型转换 struct my_msg *msg = (struct my_msg*)nla_data(attr); // 正确：解析嵌套属性 nla_for_each_nested(sub_attr, attr, rem) { if (nla_type(sub_attr) == SUB_TYPE_DATA) { char *data = nla_data(sub_attr); int len = nla_len(sub_attr); } } ``` #### 解决方案 1. **发送端修正** ```c // 分配完整内存 size_t total_size = sizeof(struct my_msg) + data_len; struct my_msg *msg = kmalloc(total_size, GFP_KERNEL); msg->len = data_len; memcpy(msg->data, source, data_len); // 通过netlink发送 struct nlattr *attr = nla_nest_start(skb, MY_ATTR_TYPE); if (!attr) goto fail; if (nla_put(skb, MY_ATTR_DATA, data_len, msg->data)) // 单独发送数据 goto fail; nla_nest_end(skb, attr); ``` 2. **接收端修正** ```c // 解析嵌套属性 struct nlattr *attrs[MY_ATTR_MAX+1]; nla_parse_nested(attrs, MY_ATTR_MAX, attr, my_policy); if (attrs[MY_ATTR_DATA]) { char *data = nla_data(attrs[MY_ATTR_DATA]); int len = nla_len(attrs[MY_ATTR_DATA]); // 处理数据 } ``` 3. **内核API最佳实践** - 发送变长数据：优先使用`nla_put_64bit()` - 接收数据：始终用`nla_len()`获取实际长度 - 柔性数组定义：C99标准`char data[]`优于GNU扩展`char data[0]` #### 调试建议 1. 启用Netlink调试： ```bash echo 1 > /proc/sys/net/netlink/af_netlink/debug ``` 2. 使用`nlmon`虚拟设备抓包： ```bash ip link add nlmon0 type nlmon tcpdump -i nlmon0 -w netlink.pcap ``` ### 相关问题 1. 如何在内核模块中安全实现可变长度数据的传输？ 2. Netlink通信中常见的消息对齐错误有哪些规避方法？ 3. 柔性数组与指针在Linux内核数据结构设计中的优劣比较？ 4. 如何验证Netlink消息在用户态和内核态之间的完整性？ [^1]: Linux内核文档`Documentation/process/dynamic-array.rst` [^2]: Linux网络子系统源码`net/netlink/af_netlink.c`
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