ヘッダー内変数のアライメント調整方法について

Question

#実現したいこと
現在、古いソースコードを修正することになり、
ファイルヘッダー内変数のアライメント調整をすることになりました。

多少のファイル数、変数であればいいのですが、
ファイル＆変数の数も膨大で、人力での作業はミスが発生しそうです。

自動でアライメントを調整する方法、もしくは、
現在のアライメント数を自動算出できる方法はないでしょうか？

#例：
アライメント 8byte
○○○.h内
{
//省略
int A; //　4byte
int B; // 4byte
int C; // 4byte
char D;// 1byte
//省略
}

↑の場合、合計13byteだが、アライメント8byteであるため、
3byte分足りていない。

#開発環境
Windows7 Pro 64bit
VC++2005 SP1
Microsoft Visual Studio 2005
Version 8.0.50727.867 (vsvista.050727-8600)
Microsoft .NET Framework
Version 2.0.50727 SP2

Comments

[dodox86]

構造体メンバーのアライメントを指定する方法は多くの処理系で用意されていますが、処理系ごとに細かい指定方法が変わりますので、お使いの処理系（Cコンパイラ）を明示された方が正確な回答が得られやすくなります。

[dodo-taka]

レスありがとうございます。
開発環境情報を追記しました。

[maisumakun]

実際に動かす環境は同じWindows x64、ということで間違いないでしょうか。

Answer 1

Visual Studio において構造体メンバーのアラインメント指定は、既にいくつか指摘がありましたが、プリプロセッサ命令での#pragmaか、コマンドライン指定で行うことができます。

以下は最新のVisual Studio 2019 での#pragma packのリファレンスです。
Microsoft Docs - Pragma Directives and the __Pragma Keywordpack pack

この内、#pragma pack のshowや n指定を組み合わせたものが、恐らくお望みの機能を提供できるものだと思います。showは、現在の構造体アラインメントの値をコンパイル前のプリプロセス時に出力ウィンドウに出力することができます。人間による視認での確認ですが、参考にはなると思います。

例えば以下のコードですが、

#include <stdio.h>

/* 8バイトアラインメント */
#pragma pack(8)
#pragma pack(show)

struct abc_pack8 {
    int A;
    int B;
    int C;
    char D;
};

/* 1バイトアラインメント */
#pragma pack(1)
#pragma pack(show)

struct abc_pack1 {
    int A;
    int B;
    int C;
    char D;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("sizeof(struct abc_pack8)=%d\n", sizeof(struct abc_pack8));
    printf("sizeof(struct abc_pack1)=%d\n", sizeof(struct abc_pack1));
    return 0;
}

/*
実行時のコンソールへの出力結果:
sizeof(struct abc_pack8)=16
sizeof(struct abc_pack1)=13
*/

これをビルドすると以下のような内容が出力され、構造体アラインメントの値を確認できます。

------ すべてのリビルド開始: プロジェクト: ConApp1, 構成: Debug Win32 ------
プロジェクト 'ConApp1'、構成 'Debug|Win32' の中間出力ファイルを削除しています。
コンパイルしています...
ConApp1.c
c:\project\conapp1\conapp1.c(6) : warning C4810: pragma の値 pack(show) == 8
c:\project\conapp1\conapp1.c(17) : warning C4810: pragma の値 pack(show) == 1
...

尚、確認した限りでは、Visual Studio 2008までは同じ指定が使えました。質問者さんが使用予定のVisual Studio 2005 では違うかもしれないのでその点は気を付けてください。

目で見ての確認が心もと無いのであれば、assertなどを組み合わせ、実行時に意図していないサイズを検出したらプログラム自体をブチ落とすという手も一案です。

#include <assert.h>
/* 実行時に検出(DEBUG時のみ) */
assert(sizeof(struct abc_pack8) == 16);
assert(sizeof(struct abc_pack1) == 13);

これは私が、質問者さんと同じような状況、つまりポーティングのような作業で固定長のサイズのデータを正しく、プログラマーの意図通りに取り扱えているか、以前のものと変わっていないか、などを検出するときによく使う手です。offsetofのようなマクロを併用して、構造体メンバーのオフセット位置が正しくなっているかなどにも使います。

コマンドラインオプションでの指定なども組み合わせて、適切な使用方法を検討してみると良いと思います。
Microsoft Docs - /Zp (構造体メンバーの配置)

Comments

[dodo-taka]

連休で返信できず、申し訳ありません。
情報ありがとうございます。
一度、試してみます。

Answer 2

古いコードってことですが、元はなんでコンパイルしていたのでしょうか?

その時と同じ設定が必要になるのではないかと思います。
多分、、、ですが、コンパイルエラーにならないバグがあって、アライメントで未割当てとなっていた場所にアクセスしていたとか。

  char a[1];
  char b[100];
  ....
  n = 50;
  ....
  a[n] = 10;

なんてコードが昔、動いてました。 ?? と思って調べたら、 b[] が使われていなかった。 (今だと検出される?)
そんな可能性も調べる必要がありそうですね。unionなんてのも無いでしょうか?

アライメントの指定については、他の方の書かれている通りですね。

Comments

[dodo-taka]

>古いコードってことですが、元はなんでコンパイルしていたのでしょうか?
元々は、x86で動いていたコードなのですが、
どうしてもx64環境に移植する必要がありました。
また、元コードがアライメントを意識されておらず、修正必須の状況です。

[pepperleaf]

元々のビルド環境でのコンパイルオプションはどうなっているいるでしょうか?
(構造体のパディングについて)[https://social.msdn.microsoft.com/Forums/vstudio/ja-JP/474e61e6-04b8-4f92-8124-594d6ae2db77/27083368962030712398124971248712451125311246412395123881235612?forum=vcgeneralja] と言う質問もあるようです。
こちらでは、memcpy()を問題としているようです。

Answer 3

参考：
構造体パッキング
前へならえ
//

struct abc {
    int A;
    int B;
    int C;
    char D;
};
//
int main(void)
{
    struct abc val;

    return 0;
}

上記コードで、以下のワーニングがでます。VCはわからないのですがエラーの設定で最強のエラーチェックにすれば出るのではないかと？

usr ~/Project/test % clang -Weverything st.c
st.c:10:16: warning: unused variable 'val' [-Wunused-variable]
    struct abc val;
               ^
st.c:1:8: warning: padding size of 'struct abc' with 3 bytes to alignment boundary [-Wpadded]
struct abc {
       ^
2 warnings generated.
usr ~/Project/test % 

Comments

[dodo-taka]

VC++の警告レベルを3→4に変更した所、
飛んでもない量のWarningが出ました・・・
コードを1から記述するのなら良いのですが、
過去コードの修正なため、対応は難しそうです・・・

ただ、情報としては参考になりました。ありがとうございます。

[dodox86]

構造体メンバーのアラインメントに関する限り、Visual Studo 2017 では同じコードで警告は出ませんでしたね。警告レベル最高 "/W4", 構造体メンバーアラインメイント8バイト強要"/Zp8"

Answer 4

この場合は、char D; の後に３バイトのパディングバイトが入ります

で、そのアライメントをどうしたいんでしょうか

Comments

[dodo-taka]

はい。3byteが入ることになるのですが、
この3byteが足りないことを自動的に調査できないかなと思っています。

今回の例は、数行しかないため、間違う可能性は少ないと思うのですが、
ファイル数＆変数の数も膨大なため、
自動で調べる方法はないか、質問に至った次第です。

[y_waiwai]

足りないことを調査するとは？
ちとやりたいことが見えないので、そこら辺の詳しい説明を質問を編集して追記してくだされ

[cateye]

VCってパデングが入るってワーニングで出ないですか？

[dodo-taka]

>y_waiwaiさん
当方の環境では、アライメントを8byteで揃えない場合、
プログラムの挙動がおかしくなる場合がありました。
そのため、3byte分を char dummy[3];と明示的に宣言する必要があったためです。

>cateyeさん
私の環境では、発生しませんでした・・・

[cateye]

〉プログラムの挙動がおかしくなる・・・今時のコンパイラで？　開発環境と実行環境が違いますか？

[y_waiwai]

何バイトのアライメントかってのは、コンパイラにより決まりますんで、同じコンパイラでコンパイルする限りは同じアライメントです。
＃そりゃpragmaやらattributeで設定してるものはそれに従いますが

[y_waiwai]

ということで、アライメントはコンパイラに依存するので、コードの位置によって変わるもんじゃないです
コードを調査するのは無駄でしかないですぜ

[dodo-taka]

>cateyeさん
開発、実行環境ともWindows7 Pro 64bitで、x64でビルドしています。

>y_waiwaiさん
アライメントを8byteで揃えないと、とある変数の挙動が意図しないものになってしまい、
UINT dummy;などダミーの変数を追記して、現状アライメントを揃えています。
ですので、現状ですと、コードというかヘッダーファイル中心にチェックしているのが現状です。