当扩展填充结构时，为什么不能在尾部填充中放置额外的字段？

让我们考虑一下结构：

struct S1 {
    int a;
    char b;
};

struct S2 {
    struct S1 s;       /* struct needed to make this compile as C without typedef */
    char c;
};

// For the C++ fans
struct S3 : S1 {
    char c;
};

S1 的大小为 8，这是由于对齐而预期的。但是 S2 和 S3 的大小是 12。这意味着编译器将它们构造为：

| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10| 11|
|       a       | b |  padding  | c |  padding  |

编译器可以将 c 放置在 6 7 8 的填充中，而不会破坏对齐约束。阻止它的规则是什么，其背后的原因是什么？

简短回答（对于问题的 C++ 部分）: The 适用于 C++ 的安腾 ABI https://itanium-cxx-abi.github.io/cxx-abi/abi.html#pod由于历史原因，禁止使用 POD 类型的基础子对象的尾部填充。注意C++11没有这样的禁止。相关规则 3.9/2 允许通过其底层表示复制普通可复制类型，明确排除基本子对象。

长答案：我会尝试同时处理 C++11 和 C。

1. 的布局S1必须包括填充，因为S1::a必须对齐int，和一个数组S1[N]由连续分配的类型对象组成S1，其中每个a成员必须如此对齐。
2. 在 C++ 中，可简单复制类型的对象T不是基本子对象的可以被视为数组sizeof(T)字节（即，您可以将对象指针强制转换为unsigned char *并将结果视为指向 a 的第一个元素的指针unsigned char[sizeof(T)]，并且该数组的值决定了对象）。由于 C 中的所有对象都是这种类型，这解释了S2对于 C 和 C++。
3. The interesting cases remaining for C++ are:
   1. 基本子对象，不受上述规则的约束（参见 C++11 3.9/2），以及
   2. 任何不属于普通可复制类型的对象。

对于 3.1，确实存在常见、流行的“基本布局优化”，其中编译器将类的数据成员“压缩”到基本子对象中。当基类为空时（大小减少了 ∞%！），这是最引人注目的，但适用范围更广。然而，当相应的基本类型是 POD（POD 意味着普通可复制和标准布局）时，我上面链接的用于 C++ 的 Itanium ABI 以及许多编译器实现的 Itanium ABI 禁止此类尾部填充压缩。

对于 3.2，Itanium ABI 的相同部分适用，尽管我目前不相信 C++11 标准实际上强制要求任意的、不可平凡复制的member对象必须与相同类型的完整对象具有相同的大小。

之前的回答留作参考。

我相信这是因为S1是标准布局，因此出于某种原因S1- 的子对象S3保持不变。我不确定标准是否强制这样做。

然而，如果我们转向S1对于非标准布局，我们观察布局优化：

struct EB { };

struct S1 : EB {   // not standard-layout
    EB eb;
    int a;
    char b;
};

struct S3 : S1 {
    char c;
};

Now sizeof(S1) == sizeof(S3) == 12在我的平台上。现场演示 http://ideone.com/g733I0.

这是一个更简单的例子 http://ideone.com/qceEYj:

struct S1 {
private:
    int a;
public:
    char b;
};

struct S3 : S1 {
    char c;
};

混合访问使得S1非标准布局。 （现在sizeof(S1) == sizeof(S3) == 8.)

Update:决定性因素似乎是琐碎以及标准布局，即类必须是 POD。以下非 POD 标准布局类是可优化基本布局的：

struct S1 {
    ~S1(){}
    int a;
    char b;
};

struct S3 : S1 {
    char c;
};

Again sizeof(S1) == sizeof(S3) == 8. Demo http://ideone.com/xLrj8s