嵌入式 C：packed 与对齐

更新时间：2026-09-21。嵌入式/裸机视角。主机视角的布局规则见 结构体内存对齐。

一句话回答

编译器为了让多字节成员「自然对齐」会在结构体里插入填充字节，导致 sizeof 比成员之和大；当你要让结构体逐字节对应通信报文、Flash 内容或外设数据时，用 __attribute__((packed)) 去掉填充，但 packed 会带来未对齐访问，在很多 ARM 核上直接取其多字节成员地址可能触发硬 fault。

一、填充从哪来

struct A {
    uint8_t  a;   // 偏移 0，占 1
                  // 编译器插入 3 字节填充
    uint32_t b;   // 偏移 4，对齐到 4
};                // sizeof = 8，而不是 5

规则：成员通常对齐到「其自身大小」的地址偏移，结构体整体大小还要补齐到最大对齐的整数倍。

二、packed 去掉填充

struct B {
    uint8_t  a;
    uint32_t b;
} __attribute__((packed));         // GCC/Clang/arm-none-eabi
// sizeof(struct B) == 5，成员紧密排列

这在映射固定格式的字节流（通信帧、传感器块、EEPROM 布局）时必需，否则字节全错位。

三、未对齐访问的坑

packed 后 b 落在偏移 1（非 4 字节对齐）：

struct B x;
uint32_t v = x.b;              // 很多 ARM 核不支持非对齐取数 -> HardFault
uint32_t *p = &x.b;            // 这个指针本身就未对齐，解引用危险

安全做法是按字节拷贝再拼装，或用 memcpy（编译器会生成安全的取数序列）：

uint32_t v;
__builtin_memcpy(&v, &x.b, sizeof(v));   // 不产生未对齐访问

需要手动对齐时用 _Alignas(4) uint8_t buf[...];（C11）或 __attribute__((aligned(4)))。

常见坑

• 以为 sizeof 等于成员之和：忽略填充，报文解析整体错位。
• packed 后直接用成员指针：在 Cortex-M0/M3 等核上未对齐访问硬 fault（M4/M7 部分指令支持但仍有边界）。
• 跨编译器不可移植：GCC 用 __attribute__((packed))，另有 #pragma pack(1)；裸机多为 GCC，但要心里有数。
• 只解决对齐、忽略端序：跨设备结构体传输同时有字节序问题，见 端序转换。
• 为省事把所有结构体都 packed：性能下降且易触发未对齐异常，只在确实要逐字节映射时使用。

总结

自然对齐使编译器插入填充、sizeof 变大；映射报文/Flash/外设时用 packed 去掉填充，但 packed 成员可能未对齐、在 ARM 上直接取址会硬 fault，应改用 memcpy 按字节访问，并同时处理端序问题——packed 是映射工具，不是默认选项。