Python 和 C 结构之间的大小不匹配，默认结构对齐/填充

问题描述

我有一个从 C 服务器发送到 Python 客户端的结构。 C 结构体如下所示：

// Data structure to be sent to python interface
typedef struct {                                        //
    uint32_t componentType;                             // 4
    bool componentId_present;                           // 1 + 3 padding = 4
    uint32_t componentIdType;                           // 4 + 4 padding = 8
    long componentId;                                   // 8
    uint32_t componentConfigUpdate_type;                // 4 + 4 padding = 8
    bool componentConfigUpdate_s1AP_present;            // 1 + 3 padding = 4
    uint32_t componentConfigUpdate_s1AP_size;           // 4
    byte componentConfigUpdate_s1AP[128];               // 128
    bool componentConfigUpdate_x2AP_present;            // 1 + 3 padding = 4
    uint32_t componentConfigUpdate_x2AP_size;           // 4
    byte componentConfigUpdate_x2AP[128];               // 128
} data_E2setupRequest_NodeComponentConfigUpdate_t;      // 256 + 3*8 + 6*4 = 256 + 24 + 24 = 304

在 Python 中，我使用以下代码计算要接收的大小：

import struct
size = struct.calcsize("i?ili?i128s?i128s")             # returns 300

如您所见，大小是不同的：304 字节与 300 字节。我已阅读 this on stackoverflow 和 The Lost Ark of Structure Packing，但我无法解释为什么与默认填充/打包规则有如此大的差异。

无论如何我通过以这种方式设置结构来解决（之前一个地方的长变量）：

typedef struct {
    uint32_t componentType;                             // 4
    bool componentId_present;                           // 1 + 3 padding = 4
    long componentId;                                   // 8
    uint32_t componentIdType;                           // 4 + 0 padding = 4
    uint32_t componentConfigUpdate_type;                // 4 + 0 padding = 4
    bool componentConfigUpdate_s1AP_present;            // 1 + 3 padding = 4
    ....
} data_E2setupRequest_NodeComponentConfigUpdate_t;      // 256 + 8 + 8*4 = 256 + 8 + 32 = 296

和

import struct
size = struct.calcsize("i?lii?i128s?i128s")             # returns 296

解决方法

来自struct module docs：

填充仅在连续的结构成员之间自动添加。在编码结构的开头或结尾不添加填充。

您错误地计算了 C 结构的填充 - 假设典型的结构布局和 8 字节长，sizeof(data_E2setupRequest_NodeComponentConfigUpdate_t) 将是 304 而不是 300，但 componentConfigUpdate_s1AP_present 实际上进入了您认为的空间在 componentConfigUpdate_type 之后填充。额外的 4 字节填充实际上位于结构的末尾，struct 不会添加该填充。

同样来自 struct 模块文档：

要将结构的结尾与特定类型的对齐要求对齐，请使用重复计数为零的该类型的代码结束格式。

因此，如果您希望 struct 将结构的末尾填充为 long 对齐，您可以将 0l 添加到格式字符串的末尾。

（另外，bool 是 1 个字节，而不是 4 个字节 - 在结构中的所有 bool 之后有 3 个字节的填充。您可以通过将所有 bool 放在一起来消除一些填充.)