C++标准是否保证匿名联合结构体Vec0与Vec1内存布局一致？

给定两个结构体：

struct Vec0
{
    union { float x, r, h; };
    union { float y, g, s; };
    union { float z, b, v; };
};

struct Vec1
{
    float x, y, z;
};

请问ISO C++标准是否保证Vec0的内存布局与Vec1完全一致？具体来说，是否保证：

offsetof(Vec0, x /*or r h*/) == offsetof(Vec1, x)
offsetof(Vec0, y /*or g s*/) == offsetof(Vec1, y)
offsetof(Vec0, z /*or b v*/) == offsetof(Vec1, z)

另外，若将两个结构体的所有成员设为private/protected，各成员的偏移量是否仍保持一致（不局限于offsetof的使用限制）？

注：此问题无关软件设计/架构/最佳实践，已知晓多数场景下有更优的成员访问方式。

核心结论：标准保证两者布局一致，偏移量完全相等 #

1. 标准布局类型的规则依据 #

Vec0和Vec1都属于C++标准定义的标准布局类型：

• Vec1是简单的连续成员结构体，自然满足标准布局要求。
• Vec0中的每个匿名union都是标准布局类型，且结构体本身没有非标准布局特性（比如虚函数、混合不同访问控制的成员、带基类等），因此整个Vec0也是标准布局类型。

对于标准布局结构体，C++标准有以下关键规则：

• 结构体第一个成员的偏移量为0（无前置填充）。
• 非静态数据成员按声明顺序排列，后续成员的偏移量必须大于前一个成员的偏移量。
• 匿名union的所有成员共享同一内存地址，且union的大小等于其最大成员的大小（此处都是float，所以每个union大小为sizeof(float)）。
• 相邻成员间的填充仅用于满足对齐要求，且相同类型、相同声明顺序的成员序列，填充规则完全一致。

2. 偏移量的具体保证 #

对于Vec0：

• 第一个匿名union起始偏移量为0，因此x/r/h的偏移量都是0，和Vec1::x的偏移量完全一致。
• 第二个匿名union紧随第一个union之后，由于第一个union大小为sizeof(float)，且float的对齐要求自身满足，因此第二个union的起始偏移量为sizeof(float)，对应y/g/s的偏移量等于Vec1::y的偏移量。
• 第三个匿名union同理，起始偏移量为2 * sizeof(float)，对应z/b/v的偏移量等于Vec1::z的偏移量。

因此你列出的三个offsetof等式，完全符合标准规定，标准会保证它们成立。

3. 私有/保护成员的场景 #

即使将两个结构体的所有成员设为private或protected，只要它们仍属于标准布局类型（未破坏标准布局的其他特性），成员的偏移量依然保持一致。

C标准明确规定，访问控制修饰符（public/private/protected）不会影响标准布局结构体的内存布局，只要成员的声明顺序、类型完全一致，偏移量就相同。需要注意的是，offsetof宏在C中仅允许用于标准布局类型的非静态公共成员，但如果不局限于offsetof的使用限制（比如通过合法的指针计算方式获取偏移量），私有/保护成员的偏移量依然和对应的公共成员版本完全一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者The Floating Brain