[c] gcc의 __attribute __ ((packed)) / #pragma pack이 안전하지 않습니까?

예, __attribute__((packed))일부 시스템에서는 안전하지 않을 수 있습니다. 증상은 아마도 x86에 나타나지 않을 것인데, 이는 문제를 더욱 교활하게 만듭니다. x86 시스템에서 테스트해도 문제가 드러나지 않습니다. x86에서는 잘못 정렬 된 액세스가 하드웨어에서 처리됩니다. int*홀수 주소를 가리키는 포인터를 역 참조하면 올바르게 정렬 된 것보다 약간 느리지 만 올바른 결과를 얻을 수 있습니다.

SPARC와 같은 일부 다른 시스템에서는 잘못 정렬 된 int객체 에 액세스하려고 하면 버스 오류가 발생하여 프로그램이 중단됩니다.

잘못 정렬 된 액세스가 주소의 하위 비트를 조용히 무시하여 잘못된 메모리 청크에 액세스하는 시스템도 있습니다.

다음 프로그램을 고려하십시오.

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
int main(void)
{
    struct foo {
        char c;
        int x;
    } __attribute__((packed));
    struct foo arr[2] = { { 'a', 10 }, {'b', 20 } };
    int *p0 = &arr[0].x;
    int *p1 = &arr[1].x;
    printf("sizeof(struct foo)      = %d\n", (int)sizeof(struct foo));
    printf("offsetof(struct foo, c) = %d\n", (int)offsetof(struct foo, c));
    printf("offsetof(struct foo, x) = %d\n", (int)offsetof(struct foo, x));
    printf("arr[0].x = %d\n", arr[0].x);
    printf("arr[1].x = %d\n", arr[1].x);
    printf("p0 = %p\n", (void*)p0);
    printf("p1 = %p\n", (void*)p1);
    printf("*p0 = %d\n", *p0);
    printf("*p1 = %d\n", *p1);
    return 0;
}

gcc 4.5.2가 포함 된 x86 Ubuntu에서 다음과 같은 출력이 생성됩니다.

sizeof(struct foo)      = 5
offsetof(struct foo, c) = 0
offsetof(struct foo, x) = 1
arr[0].x = 10
arr[1].x = 20
p0 = 0xbffc104f
p1 = 0xbffc1054
*p0 = 10
*p1 = 20

gcc 4.5.1이 설치된 SPARC Solaris 9에서 다음을 생성합니다.

sizeof(struct foo)      = 5
offsetof(struct foo, c) = 0
offsetof(struct foo, x) = 1
arr[0].x = 10
arr[1].x = 20
p0 = ffbff317
p1 = ffbff31c
Bus error

두 경우 모두 프로그램은 추가 옵션없이 컴파일됩니다 gcc packed.c -o packed.

(소위 컴파일러가 홀수 어드레스에 구조체를 할당 할 수 있기 때문에, 어레이는 신뢰성 문제가 발생하지 않는다 라기보다는 하나의 구조체를 사용하는 프로그램 x두개의 배열 부재는 적절하게 정렬된다. struct foo목적, 적어도 하나 이상의 다른 잘못 정렬 된 x멤버가 있습니다.)

(이 경우 멤버 뒤 p0의 패킹 된 int멤버를 가리 키기 때문에 잘못 정렬 된 주소를 가리 킵니다 char. p1배열의 두 번째 요소에서 동일한 멤버를 가리 키므로 올바르게 정렬됩니다. 따라서 그 char앞에 두 개의 오브젝트가 있습니다. SPARC Solaris에서는 어레이 arr가 4의 배수가 아닌 짝수 인 주소에 할당 된 것으로 보입니다.)

이름으로 멤버 x를 참조 할 때 struct foo컴파일러 x는 잠재적으로 잘못 정렬 된 것을 알고 올바르게 액세스하기 위해 추가 코드를 생성합니다.

주소가 포인터 객체에 저장 arr[0].x되거나 arr[1].x포인터 객체에 저장되면 컴파일러 나 실행중인 프로그램은 그것이 잘못 정렬 된 int객체를 가리키는 지 알 수 없습니다 . 버스가 올바르게 정렬되어 버스 오류 또는 이와 유사한 다른 오류가 발생한다고 가정합니다.

gcc에서 이것을 고치는 것은 비실용적이라고 생각합니다. 일반적인 해결책은 (a) 컴파일 타임에 포인터가 패킹 된 구조체의 잘못 정렬 된 멤버를 가리 키지 않는다는 것을 입증하거나 (b) 정렬되거나 잘못 정렬 된 객체를 처리 할 수있는 더 크고 느린 코드 생성

gcc 버그 보고서를 제출했습니다 . 내가 말했듯이, 나는 그것을 고치는 것이 실용적이지 않다고 생각하지만, 문서는 그것을 언급해야한다 (현재는 그렇지 않다).

업데이트 : 2018-12-20 현재이 버그는 수정 된 것으로 표시되어 있습니다. 패치는 gcc 9에 새로운 -Waddress-of-packed-member옵션 이 추가 되어 기본적으로 활성화됩니다.

압축 된 구조체 또는 공용체 멤버 주소를 가져 오면 정렬되지 않은 포인터 값이 발생할 수 있습니다. 이 패치는 -Waddress-of-packed-member를 추가하여 포인터 할당시 정렬을 확인하고 정렬되지 않은 주소와 정렬되지 않은 포인터를 경고합니다.

방금 소스에서 해당 버전의 gcc를 만들었습니다. 위 프로그램의 경우 다음 진단을 생성합니다.

c.c: In function ‘main’:
c.c:10:15: warning: taking address of packed member of ‘struct foo’ may result in an unaligned pointer value [-Waddress-of-packed-member]
   10 |     int *p0 = &arr[0].x;
      |               ^~~~~~~~~
c.c:11:15: warning: taking address of packed member of ‘struct foo’ may result in an unaligned pointer value [-Waddress-of-packed-member]
   11 |     int *p1 = &arr[1].x;
      |               ^~~~~~~~~

답변

struct  __attribute__((__packed__)) my_struct {
    char c;
    int i;
};

struct my_struct a = {'a', 123};
struct my_struct *b = &a;
int c = a.i;
int d = b->i;
int *e __attribute__((aligned(1))) = &a.i;
int *f = &a.i;

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct s1
{
    short a;
    int b;
} __attribute__((packed));

struct s2
{
    short a;
    int b;
};

union su {
    struct s1 x;
    struct s2 y;
};

int main()
{
    union su s;
    s.x.a = 0x1234;
    s.x.b = 0x56789abc;

    printf("sizeof s1 = %zu, sizeof s2 = %zu\n", sizeof(struct s1), sizeof(struct s2));
    printf("s.y.a=%hx, s.y.b=%x\n", s.y.a, s.y.b);
    return 0;
}

sizeof s1 = 6, sizeof s2 = 8
s.y.a=1234, s.y.b=5678

0: message type (1 byte)
1: target address, MSB
2: target address, LSB
3: data (chars)
...
F: checksum (1 byte)

typedef struct {
  uint8_t msgType;
  uint16_t targetAddr; // may have to bswap
  uint8_t data[12];
  uint8_t checksum;
} __attribute__((packed)) myStruct;