为何[[no_unique_address]]对含公有数据成员的类型无内存优化效果？

问题重现 #

初始代码 #

template <class T>
struct A {
    [[no_unique_address]] T t;
    int i;
};

struct B {
    long l;
    int i;
};

class C {
    long l;
    int i;
};

GCC和Clang均计算得出sizeof(A<B>)为24，而sizeof(A<C>)为16。

修改后代码（B的成员设为私有） #

template <class T>
struct A {
    [[no_unique_address]] T t;
    int i;
};

struct B {
private:      // 现在为私有
    long l;
    int i;
};

class C {
    long l;
    int i;
};

此时GCC和Clang计算sizeof(A<B>)的大小为16。

核心疑问 #

类模板A<T>的成员T t带有[[no_unique_address]]属性，B和C的本质差异并非struct与class的区别，而是数据成员的访问权限。为何编译器会将A<T>的成员i嵌入C的尾部填充，却在初始B的情况下不这么做？已知这属于实现定义行为，但想了解GCC和Clang统一此行为的规则依据。

原因解释 #

这种行为的根源在于C++ ABI中关于布局兼容性和访问控制的规则：

• 对于拥有公共非静态数据成员的类型（如初始的struct B），编译器需要保证其布局与C语言兼容，同时满足布局兼容性要求——这类类型的尾部填充属于对外可见的布局部分，编译器不能将外部成员嵌入其中，否则可能破坏依赖该类型布局的外部代码（比如C语言代码对结构体的直接访问）。
• 当类型的所有非静态数据成员都是私有/保护时（如class C和修改后的struct B），该类型的布局属于内部实现细节，编译器无需保证与C的兼容性，也无需考虑外部代码直接访问其成员的情况。此时编译器可以安全地利用[[no_unique_address]]属性，将A的成员i嵌入T的尾部填充中，从而优化内存占用。

简单来说：公共成员类型需要遵守严格的布局规则以兼容外部依赖，而私有成员类型的布局是内部细节，编译器可自由进行填充优化。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pluto