__attribute__((packed))詳解

   __attribute__((packed))詳解
   1. __attribute__ ((packed)) 的作用就是告訴編譯器取消結構在編譯過程中的優化對齊,按照實際佔用字節數進行對齊,是GCC特有的語法。這個功能是跟操作系統沒關係,跟編譯器有關,gcc編譯器不是緊湊模式的,我在windows下,用vc的編譯器也不是緊湊的,用tc的編譯器就是緊湊的。例如:
在TC下:struct my{ char ch; int a;} sizeof(int)=2;sizeof(my)=3;(緊湊模式)
在GCC下:struct my{ char ch; int a;} sizeof(int)=4;sizeof(my)=8;(非緊湊模式)
在GCC下:struct my{ char ch; int a;}__attrubte__ ((packed)) sizeof(int)=4;sizeof(my)=5
   2. __attribute__關鍵字主要是用來在函數或數據聲明中設置其屬性。給函數賦給屬性的主要目的在於讓編譯器進行優化。函數聲明中的__attribute__((noreturn)),就是告訴編譯器這個函數不會返回給調用者,以便編譯器在優化時去掉不必要的函數返回代碼。
GNU C的一大特色就是__attribute__機制。__attribute__可以設置函數屬性(Function Attribute)、變量屬性(Variable Attribute)和類型屬性(Type Attribute)。

__attribute__書寫特徵是:__attribute__前後都有兩個下劃線,並且後面會緊跟一對括弧,括弧裏面是相應的__attribute__參數。

__attribute__語法格式爲:

__attribute__ ((attribute-list))

其位置約束:放於聲明的尾部“;”之前。

  函數屬性(Function Attribute):函數屬性可以幫助開發者把一些特性添加到函數聲明中,從而可以使編譯器在錯誤檢查方面的功能更強大。__attribute__機制也很容易同非GNU應用程序做到兼容之功效。

GNU CC需要使用 –Wall編譯器來擊活該功能,這是控制警告信息的一個很好的方式。
  packed屬性:使用該屬性可以使得變量或者結構體成員使用最小的對齊方式,即對變量是一字節對齊,對域(field)是位對齊。
  如果你看過GPSR協議在TinyOS中的實現,你一定會注意到下面的語句:
typedef struct {
    double x;
    double y;
} __attribute__((packed)) position_t;
  開始我們還可以理解,不久是定義一個結構體嘛!不過看到後面的語句,你可能就會一頭霧水了,’ __attribute__((packed))’是什麼東西?有什麼作用?一連串的疑問馬上就會從你腦袋裏冒出來。雖然這個對理解整個程序沒有什麼影響,但我不想讓這些疑問一直呆在我的腦子裏,負擔太重。省得以後念念不忘,而且也許有一天可以用的上呢。搞清楚這個問題吧!
GNU C的一大特色(卻不被初學者所知)就是__attribute__機制。__attribute__可以設置函數屬性(Function Attribute)、變量屬性(Variable Attribute)和類型屬性(Type Attribute)。
__attribute__語法格式爲:
__attribute__ ((attribute-list))
其位置約束爲:放於聲明的尾部之前。
packed是類型屬性(Type Attribute)的一個參數,使用packed可以減小對象佔用的空間。需要注意的是,attribute屬性的效力與你的連接器也有關,如果你的連接器最大隻支持16字節對齊,那麼你此時定義32字節對齊也是無濟於事的。
使用該屬性對struct或者union類型進行定義,設定其類型的每一個變量的內存約束。當用在enum類型定義時,暗示了應該使用最小完整的類型(it indicates that the smallest integral type should be used)。
下面的例子中,my-packed-struct類型的變量數組中的值會緊湊在一起,但內部的成員變量s不會被“pack”,如果希望內部的成員變量也被packed的話,my-unpacked-struct也需要使用packed進行相應的約束。
struct my_unpacked_struct
{
     char c;
     int i;
};        
struct my_packed_struct
{
     char c;
     int i;
     struct my_unpacked_struct s;
}__attribute__ ((__packed__));
在每個系統上看下這個結構體的長度吧。
  內存對齊,往往是由編譯器來做的,如果你使用的是gcc,可以在定義變量時,添加__attribute__,來決定是否使用內存對齊,或是內存對齊到幾個字節,以上面的結構體爲例:
 1)到4字節,同樣可指定對齊到8字節。
struct student
{
    char name[7];
    uint32_t id;
    char subject[5];
} __attribute__ ((aligned(4))); 

2)不對齊,結構體的長度,就是各個變量長度的和
struct student
{
    char name[7];
    uint32_t id;
    char subject[5];
} __attribute__ ((packed));

跨平臺時基於數據結構的網絡通信

   網絡通信通常分爲基於數據結構的和基於流的。HTTP協議就是後者的一個例子。
   有時爲了提高程序的處理速度和數據處理的方便,會使用基於數據結構的通信(不需要對流進行解析)。但是,當需要在多平臺間進行通信時,基於數據結構的通信,往往要十分注意以下幾個方面:
[1] 字節序
[2] 變量長度
[3] 內存對齊
   在常見的系統架構中(Linux X86,Windows),非單字節長度的變量類型,都是低字節在前,而在某些特定系統中,如Soalris Sparc平臺,高字節在前。如果在發送數據前不進行處理,那麼由Linux X86發向Soalris Sparc平臺的數據值,勢必會有極大的偏差,進而程序運行過程中無法出現預計的正常結果,更嚴重時,會導致段錯誤。
   對於此種情況,我們往往使用同一的字節序。在系統中,有ntohXXX(), htonXXX()等函數,負責將數據在網絡字節序和本地字節序之間轉換。雖然每種系統的本地字節序不同,但是對於所有系統來說,網絡字節序是固定的-----高字節在前。所以,可以以網絡字節序爲通信的標準,發送前,數據都轉換爲網絡字節序。
   轉換的過程,也建議使用ntohXXX(), htonXXX()等標準函數,這樣代碼可以輕鬆地在各平臺間進行移植(像通信這種很少依賴系統API的代碼,做成通用版本是不錯的選擇)。
   變量的長度,在不同的系統之間會有差別,如同是Linux2.6.18的平臺,在64位系統中,指針的長度爲8個字節,而在32位系統中,指針又是4個字節的長度---此處只是舉個例子,很少有人會將指針作爲數據發送出去。下面是我整理的在64位Linux系統和32位Linux系統中,幾種常見C語言變量的長度:
                short    int    long    long long    ptr    time_t
32位           2         4       4             8               4        4
64位           2         4       8             8               8        8
   在定義通信用的結構體時,應該考慮使用定常的數據類型,如uint32_t,4字節的固定長度,並且這屬於標準C庫(C99),在各系統中都可使用。
   內存對齊的問題,也與系統是64位還是32位有關。如果你手頭有32位和64位系統,不妨寫個簡單的程序測試一下,你就會看到同一個結構體,即便使用了定常的數據類型,在不同系統中的大小是不同的。對齊往往是以4字節或8字節爲準的,只要你寫的測試程序,變量所佔空間沒有對齊到4或8的倍數即可,舉個簡單的測試用的結構體的例子吧:
struct student
{
    char name[7];
    uint32_t id;
    char subject[5];
};
    在每個系統上看下這個結構體的長度吧。
    內存對齊,往往是由編譯器來做的,如果你使用的是gcc,可以在定義變量時,添加__attribute__,來決定是否使用內存對齊,或是內存對齊到幾個字節,以上面的結構體爲例:
 1)到4字節,同樣可指定對齊到8字節。
struct student
{
    char name[7];
    uint32_t id;
    char subject[5];
} __attribute__ ((aligned(4))); 

2)不對齊,結構體的長度,就是各個變量長度的和
struct student
{
    char name[7];
    uint32_t id;
    char subject[5];
} __attribute__ ((packed));

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