Padding bei Klassen die ausschliesslich aus build-in Typen bestehen
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@dot
Also ich müsste es selbst nachlesen, aber ich bin mir ziemlich sicher dass C99 garantiert dass mehrereintin einer struct genau so hintereinander liegen wie sie es in einem Array tun würden.
Bei unterschiedlichen Typen ist es natürlich was anderes, da kann beliebig Padding fällig werden zwischen den Membern.Und da C++ für Standard Layout Types soweit ich weiss garantiert dass sie gleich aussehen wie in C...
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hier die weitere Lektüre:
1.8 The C++ object model
5 Unless it is a bit-field (9.6), a most derived object shall have a non-zero size and shall occupy one or more bytes of storage. Base class subobjects may have zero size. An object of trivially copyable or standard-layout type (3.9) shall occupy contiguous bytes of storage.3.9 Types
9 ... Scalar types, standard-layout class types (Clause 9), arrays of such types and cv-qualified versions of these types (3.9.3) are collectively called standard-layout types.9 Classes
7 A standard-layout class is a class that:
* has no non-static data members of type non-standard-layout class (or array of such types) or reference,
* has no virtual functions (10.3) and no virtual base classes (10.1),
* has the same access control (Clause 11) for all non-static data members,
* has no non-standard-layout base classes,
* either has no non-static data members in the most derived class and at most one base class with non-static data members, or has no base classes with non-static data members, and
* has no base classes of the same type as the first non-static data member.
10 A POD struct109 is a non-union class that is both a trivial class and a standard-layout class, and has no non-static data members of type non-POD struct, non-POD union (or array of such types).
109) The acronym POD stands for "plain old data".9.2 Class members
14 Nonstatic data members of a (non-union) class with the same access control (Clause 11) are allocated so that later members have higher addresses within a class object. The order of allocation of non-static data members with different access control is unspecified (11). Implementation alignment requirements might cause two adjacent members not to be allocated immediately after each other; so might requirements for space for managing virtual functions (10.3) and virtual base classes (10.1).
17 Two standard-layout struct (Clause 9) types are layout-compatible if they have the same number of non-static data members and corresponding non-static data members (in declaration order) have layout-compatible types (3.9).
20 A pointer to a standard-layout struct object, suitably converted using a reinterpret_cast, points to its initial member (or if that member is a bit-field, then to the unit in which it resides) and vice versa. [ Note: There might therefore be unnamed padding within a standard-layout struct object, but not at its beginning, as necessary to achieve appropriate alignment. ]18.2 Types
4 The macro offsetof(type, member-designator) accepts a restricted set of type arguments in this International Standard. If type is not a standard-layout class (Clause 9), the results are undefined.
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Hab grad auch noch im C Standard nachgeschaut, dort steht im Prinzip genau das gleiche drin.
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Für mich ist das jetzt noch nicht ganz eindeutig.
Es gilt also:
An object of trivially copyable or standard-layout type (3.9) shall occupy contiguous bytes of storage.
Aber wäre es auch "Standard-Layout" wenn man char/bool etc. mischt? Ich finde diese Einschränkung (kein mischen) in 9.7 nicht?
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Was genau ist daran nicht eindeutig:
Nonstatic data members of a (non-union) class with the same access control (Clause 11) are allocated so that later members have higher addresses within a class object. The order of allocation of non-static data members with different access control is unspecified (11). Implementation alignment requirements might cause two adjacent members not to be allocated immediately after each other; so might requirements for space for managing virtual functions (10.3) and virtual base classes (10.1).
?
Was genau meinst du von wegen "kein Mischen"!?
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Vlt. hapert es bei mir an den Begrifflichkeiten:
"same access control" -> alles ein Typ (z.B. nur ints) -> kein padding
"different access control" -> gemischt (z.b. int, dann bool, dann int) -> padding möglichKorrekt?
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Access Control hat nix mit dem Typ zu tun. Same Access Control heißt, dass alle Member z.B. public oder alle Member private sein müssen.
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Dann bleibt meine Frage, was ist ein Standard-Layout und was nicht?
Denn so wie ich das lese gilt standard-layout -> kein padding.
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Ok ich hapere an folgenden Punkten:
9 Classes
7 A standard-layout class is a class [✓] that:
* has no non-static data members**[✓]** of type non-standard-layout class**???** (or array of such types) or reference,
* has no virtual functions (10.3)[✓] and no virtual base classes (10.1)[✓],
* has the same access control (Clause 11) for all non-static data members**[✓],
* has no non-standard-layout???** base classes**[✓],
* either has no non-static data members in the most derived class and at most one base class with non-static data members, or has no base classes with non-static data members[✓], and
* has no base classes of the same type as the first non-static data member???**.
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Paddel2000 schrieb:
Denn so wie ich das lese gilt standard-layout -> kein padding.
Nope, padding wirst du bei structs nicht los. Weder in C noch in C++. Natürlich kannst du die Dokumentation deines Compilers lesen und dir ein struct basteln, bei dem dein jeweiliger Compiler kein Padding einbauen wird. In deinem Beispiel mit lauter ints wird z.B. kaum ein x86 Compiler padding einbauen. Aber das ist eben compilerabhängig...
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dot schrieb:
Paddel2000 schrieb:
Denn so wie ich das lese gilt standard-layout -> kein padding.
Nope, padding wirst du bei structs nicht los. Weder in C noch in C++. Natürlich kannst du die Dokumentation deines Compilers lesen und dir ein struct basteln, bei dem dein jeweiliger Compiler kein Padding einbauen wird. In deinem Beispiel mit lauter ints wird z.B. kaum ein x86 Compiler padding einbauen. Aber das ist eben compilerabhängig...
Aber man kann auf jeden Fall einen int* benutzen, um durch das struct zu steppen. Bloß manuelle Zeigerarithmetik mit char*/void* und sizeof(int) wird eventuell gefährlich.
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SeppJ schrieb:
dot schrieb:
Paddel2000 schrieb:
Denn so wie ich das lese gilt standard-layout -> kein padding.
Nope, padding wirst du bei structs nicht los. Weder in C noch in C++. Natürlich kannst du die Dokumentation deines Compilers lesen und dir ein struct basteln, bei dem dein jeweiliger Compiler kein Padding einbauen wird. In deinem Beispiel mit lauter ints wird z.B. kaum ein x86 Compiler padding einbauen. Aber das ist eben compilerabhängig...
Aber man kann auf jeden Fall einen int* benutzen, um durch das struct zu steppen. Bloß manuelle Zeigerarithmetik mit char*/void* und sizeof(int) wird eventuell gefährlich.
Wie soll das funktionieren, wenn nicht garantiert ist, dass es kein Padding gibt!?
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dot schrieb:
Wie soll das funktionieren, wenn nicht garantiert ist, dass es kein Padding gibt!?
Wenn der Datentyp Alignment zwingend vorschreibt, dann weiß auch der Pointertyp davon. Ich gehe mal davon aus, dass der Compiler nicht aus reiner bosheit Padding einbaut. Es ist irgendwie schwer, ein Beispiel zu konstruieren. Die nativen Datentypen haben nämlich naturgemäß immer passendes Alignment, um hintereinander in ein Array gepackt zu werden und komplexe Datentypen erfüllen die nötigen Bedingungen nicht mehr.
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Wir reden hier aber von einem Pointer auf einen struct Member und nicht von einem Pointer in ein Array? Du kannst damit auf den jeweiligen struct Member zugreifen, aber du kannst imo nicht einfach über das struct iterieren als wärs ein Array. Natürlich wird der Compiler kein Padding einbauen. Fakt ist aber, dass der C++ Standard nicht garantiert, dass der Compiler kein Padding einbaut...
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dot schrieb:
Wir reden hier aber von einem Pointer auf einen struct Member und nicht von einem Pointer in ein Array?
Ja, der ganze Witz des Threads ist ja, dass ein
struct{int a,b;}layoutgleich zuint c[2]sein sollte.
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Und all i'm trying to say is: Der Standard garantiert nicht, dass es so ist, verbietet es aber auch nicht.
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dot schrieb:
SeppJ schrieb:
dot schrieb:
Paddel2000 schrieb:
Denn so wie ich das lese gilt standard-layout -> kein padding.
Nope, padding wirst du bei structs nicht los. Weder in C noch in C++. Natürlich kannst du die Dokumentation deines Compilers lesen und dir ein struct basteln, bei dem dein jeweiliger Compiler kein Padding einbauen wird. In deinem Beispiel mit lauter ints wird z.B. kaum ein x86 Compiler padding einbauen. Aber das ist eben compilerabhängig...
Aber man kann auf jeden Fall einen int* benutzen, um durch das struct zu steppen. Bloß manuelle Zeigerarithmetik mit char*/void* und sizeof(int) wird eventuell gefährlich.
Wie soll das funktionieren, wenn nicht garantiert ist, dass es kein Padding gibt!?
Ist es doch.
Die Alignment-Requirements der eingebauten Typen entspricht ihrer Grösse, was soll es da dann zu padden geben?
Bzw. wenn sie in einem Array "dicht" liegen können, wie kann es dann nen Alignment-Requirement geben die das verhindert? Wie also könnten sie dann jemals im Struct nicht dicht liegen?
Ich sehe da keinen Weg.
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Ich bezweifle nicht, dass kein Compiler da Padding einbauen wird, hab nie was Anderes behauptet. Aber der Standard garantiert imo nicht, dass der Compiler da kein Padding einbaut und ganz sicher nicht, dass du einfach mit Pointerarithmetik in dem struct rumlaufen kannst. In der Praxis wird das natürlich funktionieren. Das ist dann aber eben bestenfalls implementation defined Behavior. Wenn man nicht gerade einen Betriebssystemkernel schreibt, dann macht man sowas einfach nicht...
Abgesehen davon, kann ich zumindest nach schnellem Überfliegen der offensichtlichen Stellen nicht ausmachen, wo genau im Standard stehen soll, dass die Alignment Requirements der einfachen Typen ihrer Größe entsprechen. Ich seh da lediglich Dinge wie dass alle unsigned Integer das selbe Alignment haben wie die korrespondierenden signed Typen oder dass alle char Typen das schwächste Alignment haben. Auch steht dort sogar explizit folgendes:
The alignment required for a type might be different when it is used as the type of a complete object and when it is used as the type of a subobject.
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dot schrieb:
Ich bezweifle nicht, dass kein Compiler da Padding einbauen wird, hab nie was Anderes behauptet. Aber der Standard garantiert imo nicht, dass der Compiler da kein Padding einbaut und ganz sicher nicht, dass du einfach mit Pointerarithemtik in dem struct rumlaufen kannst. In der Praxis wird das natürlich funktionieren. Das ist dann aber eben bestenfalls implementation defined Behavior. Wenn man nicht gerade einen Betriebssystemkernel schreibt, dann macht man sowas einfach nicht...
Das Ding ist eine POD-class, das umschließt insbesondere Standard-layout (§9). Daraus folgt, dass der Speicherbereich kontinuierlich gefüllt ist (§1.8), außer wenn es um das Alignment geht (§9.2). Dies sollte garantieren, dass ein Compiler nicht aus Jux und Dollerei Paddingbytes in ein SL-struct einbauen kann.
Für Arrays gelten ziemlich genau die gleichen Einschränkungen (§8.3.4), insbesondere die Anforderung "contiguously allocated". Daher muss die Pointerarithmetik auf dem struct funktionieren.
Metaargument: Selbst wenn ich die falschen Stellen im Standard zitiert haben sollte: Der ganze Sinn und Zweck der POD-Klassen ist, dass das Layout festgelegt ist, so dass man eine genau definierte Schnittstelle zu anderen Sprachen schreiben kann. Auch wenn der Standard hier schwer verständlich formuliert ist, so ist doch bekannt, dass die Absicht hinter den zitierten Abschnitten war, dass diese einfachen structs ein vorhersehbares und kompatibles Layout haben.
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SeppJ schrieb:
Das Ding ist eine POD-class, das umschließt insbesondere Standard-layout (§9).
korrekt
SeppJ schrieb:
Daraus folgt, dass der Speicherbereich kontinuierlich gefüllt ist (§1.8), außer wenn es um das Alignment geht (§9.2). Dies sollte garantieren, dass ein Compiler nicht aus Jux und Dollerei Paddingbytes in ein SL-struct einbauen kann.
Das kann ich nicht nachvollziehen; wieso genau garantiert das, dass kein Compiler da jemals Padding einbauen kann!?
SeppJ schrieb:
Für Arrays gelten ziemlich genau die gleichen Einschränkungen (§8.3.4), insbesondere die Anforderung "contiguously allocated". Daher muss die Pointerarithmetik auf dem struct funktionieren.
Standard Layout garantiert dir so Zeug wie dass, wenn du zwei Standard Layout Typen, deren ersten vier Member von identischem Typ sind, in eine union packst, du die ersten vier Member egal welches Members der union anschauen darfst und den gleichen Wert vorfinden wirst. Was Pointerarithmetik betrifft, garantiert der Standard nur, dass Pointerarithmetik funktioniert, so lange du dich in einem Array bewegst. Wenns nach dem Standard geht, könnte dein Programm schon in die Luft fliegen, sobald du einen Pointer an irgendeine andere Stelle als auf ein Arrayelement auch nur ausrechnest oder zwei Pointer, die in verschiedene Arrays zeigen, subtrahierst. Allein die Tatsache, dass es überhaupt gültig ist, einen Pointer, der ein Element hinter das letzte zeigt, auszurechnen, stellt bereits einer Ausnahme dar und von was anderem als Arrays ist dort sowieso nirgendwo die Rede...
SeppJ schrieb:
Metaargument: Selbst wenn ich die falschen Stellen im Standard zitiert haben sollte: Der ganze Sinn und Zweck der POD-Klassen ist, dass das Layout festgelegt ist, so dass man eine genau definierte Schnittstelle zu anderen Sprachen schreiben kann. Auch wenn der Standard hier schwer verständlich formuliert ist, so ist doch bekannt, dass die Absicht hinter den zitierten Abschnitten war, dass diese einfachen structs ein vorhersehbares und kompatibles Layout haben.
An dem Argument ist nichts auzusetzen, aber kompatibles Layout impliziert leider nicht, dass es kein Padding geben darf. Der C Standard sagt ja auch nicht, dass es kein Padding geben darf, im Gegenteil. Wenn der C++ Standard das nun sagen würde, wäre er also inkompatibel mit C, was, genau obigem Argument folgend, völlig gegen den Sinn des ganzen wäre...
