标准布局和尾部填充

David Hollman 最近在推特上发布了以下示例（我对其进行了稍微简化）：

struct FooBeforeBase {
    double d;
    bool b[4];
};

struct FooBefore : FooBeforeBase {
    float value;
};

static_assert(sizeof(FooBefore) > 16);

//----------------------------------------------------

struct FooAfterBase {
protected:
    double d;
public:  
    bool b[4];
};

struct FooAfter : FooAfterBase {
    float value;
};

static_assert(sizeof(FooAfter) == 16);

您可以检查布局在上帝螺栓上叮当作响看到大小改变的原因是FooBefore, 会员value放置在偏移量 16 处（保持 8 的完全对齐）FooBeforeBase）而在FooAfter, 会员value放置在偏移量 12 处（有效地使用FooAfterBase的尾部填充）。

我很清楚FooBeforeBase是标准布局，但是FooAfterBase不是（因为它的非静态数据成员并不都具有相同的访问控制，[class.prop]/3）。但这是关于什么的FooBeforeBase标准布局需要这种填充字节吗？

gcc 和 clang 都重用FooAfterBase的填充，最终为sizeof(FooAfter) == 16。但 MSVC 没有，最终为 24。标准是否有必需的布局，如果没有，为什么 gcc 和 clang 会这样做？

有一些混乱，所以只是澄清一下：

• FooBeforeBase是标准布局
• FooBefore is not（它和基类都有非静态数据成员，类似于E in 这个例子)
• FooAfterBase is not（它具有不同访问权限的非静态数据成员）
• FooAfter is not（由于上述两个原因）

这个问题的答案不是来自标准，而是来自 Itanium ABI（这就是为什么 gcc 和 clang 有一种行为而 msvc 有其他行为）。 ABI 定义a layout，就本问题而言，其相关部分是：

出于规范内部的目的，我们还指定：

• dsize(O)：数据大小一个对象的大小，是没有尾部填充的 O 的大小。

and

我们忽略 POD 的尾部填充，因为该标准的早期版本不允许我们将其用于其他任何用途，而且它有时允许更快地复制类型。

其中除虚拟基类之外的成员的放置定义为：

从偏移量 dsize(C) 开始，如果需要与基类的 nvalign(D) 对齐或与数据成员的align(D) 对齐，则递增。将 D 放置在此偏移处，除非 [...不相关...]。

术语 POD 已从 C++ 标准中消失，但它意味着标准布局和普通可复制。在这个问题中，FooBeforeBase是一个POD。安腾 ABI 忽略尾部填充 - 因此dsize(FooBeforeBase) is 16.

But FooAfterBase不是 POD（它是可以简单复制的，但它是not标准布局）。结果，尾部填充不会被忽略，所以dsize(FooAfterBase)才 12 岁，而且float可以去那里。

正如 Quuxplusone 在一篇文章中指出的，这会产生有趣的后果相关答案，实现者通常还假设尾部填充不被重用，这对这个示例造成了严重破坏：

#include <algorithm>
#include <stdio.h>

struct A {
    int m_a;
};

struct B : A {
    int m_b1;
    char m_b2;
};

struct C : B {
    short m_c;
};

int main() {
    C c1 { 1, 2, 3, 4 };
    B& b1 = c1;
    B b2 { 5, 6, 7 };

    printf("before operator=: %d\n", int(c1.m_c));  // 4
    b1 = b2;
    printf("after operator=: %d\n", int(c1.m_c));  // 4

    printf("before std::copy: %d\n", int(c1.m_c));  // 4
    std::copy(&b2, &b2 + 1, &b1);
    printf("after std::copy: %d\n", int(c1.m_c));  // 64, or 0, or anything but 4
}

Here, =做正确的事（它不会覆盖B的尾部填充），但是copy()有一个库优化可以减少到memmove()- 它不关心尾部填充，因为它假设它不存在。