九乡新闻网高山遇虎好运气:c++ 结构体字节对齐
来源：百度文库 编辑：九乡新闻网 时间：2024/05/02 10:47:40
结构体(struct)的sizeof值，并不是简单的将其中各元素所占字节相加，而是要考虑到存储空间的字节对齐问题。先看下面定义的两个结构体.
struct
{
char a;
short b;
char c;
}S1;struct
{
char a;
char b;
short c;
}S2;分别用程序测试得出sizeof(S1)=6 , sizeof(S2)=4可见，虽然两个结构体所含的元素相同，但因为其中存放的元素类型顺序不一样，所占字节也出现差异。这就是字节对齐原因。通过字节对齐，有助于加快计算机的取数速度，否则就得多花指令周期。字节对齐原则结构体默认的字节对齐一般满足三个准则：1) 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除；
2) 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量（offset）都是成员自身大小的整数倍，如有需要编译器会在成员之间加上填充字节（internal adding）；
3) 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节（trailing padding）。通过这三个原则，就不难理解上面两个struct的差异了.对于struct S1, 为了使short变量满足字节对其准则(2), 即其存储位置相对于结构体首地址的offset是自身大小(short占2个字节)的整数倍，必须在字节a后面填充一个字节以对齐；再由准则(3),为了 满足结构体总大小为short大小的整数倍，必须再在c后面填充一个字节。
对于struct S2, 却不必如上所述的填充字节，因为其直接顺序存储已经满足了对齐准则。如果将上面两个结构体中的short都改为int(占4个字节), 那么会怎么样呢？ 程序得出sizeof(S1)=12, sizeof(S2)=8
利用上面的准则，也不难计算得出这样的结果。S1中在a后面填充3个字节、在c后面填充3个字节，这样一共12个字节；S2中在a、b顺序存储之后填充两个字节用以对其，这样一共就8个字节。当然，在某些时候也可以设置字节对齐方式。这就需要使用 #pragma pack 。
#pragma pack(push) //压栈保存
#pragma pack(1)// 设置1字节对齐
struct
{
char a;
short b;
char c;
}S1;
#pragma pack(pop) // 恢复先前设置如上所示，将对其方式设为1字节对齐，那么S1就不填充字节，sizeof为各元素所占字节之和即4。这一点在从外部2进制文件中读入struct大小的数据到struct中,是很有用的.另外，还有如下的一种方式：
· __attribute((aligned (n)))，让所作用的结构成员对齐在n字节自然边界上。如果结构中有成员的长度大于n，则按照最大成员的长度来对齐。
· __attribute__ ((packed))，取消结构在编译过程中的优化对齐，按照实际占用字节数进行对齐。
因为我看C++对象模型的时候，遇到了几个内存布局都是有关于对齐的一些细节，故此对结构体对齐再做一份小结，有人说：结构体对齐这个东西是依赖于编译器的，因此不用去研究，真的嘛？
也许是，也许不是，要看你是做那个行业的了，如果你是做系统地层，网络通讯，嵌入式系统的，一个字节的节省，也许对你是很大的期望呢。虽然具体的对齐方式是因编译器而异，但是对齐的基本原理是不变的，那个原理也许能指导我们编写程序的时候按照某个原则去进行。
不过，既然你用到了C或者C++，就多数是和系统底层有缘之人了，你说是嘛？呵呵。
现在先说在windows x86 32位机子下的MS vs2005编译器（就是：cl.exe for x86）下的对齐规则：
比如以下的结构体定义：
struct A
{
int i;
double d;
char c;
};
问sizeof（struct A）在vs2005的大小？
现在说一下cl.exe（就是微软vs2005的编译器进程）在默认情况下是怎么做的：
1、对齐量的确定：找到A中最大的基本类型成员的大小，在本例中是8（double的大小）.
2、当定义一个结构体变量struct A aA; 的时候，aA的起始地址要被由1确定的对齐量整除，在这个例子里，aA的起始地址一定要能被8整除）
2、然后开始分配int i，4字节的空间；再分配double d；注意double 是8字节，所以要分配在被8整除的地方，因此int i后面空了4字节填充；
3、然后，分配char c；1字节，这个时候struct A的大小是4（这是int i；的） + 4 （这是填充的） + 8（这是double d；的） + 1 （这是char c；的）= 17；
4、最后，要求结构体总的大小要能被由1确定的对齐量整除，在这里是说struct A的大小要能被8整除，所以还要加上7字节的填充字符，一共是24字节。
从这里可以看出，vs2005的编译器的结构体填充有这样的规则（默认情况下，这个默认情况可以通过工程属性上面的选项修改）：
1、对齐量的确定：结构体中最大的数据成员的字节数
2、当定义一个结构体变量的时候，起始地址一定能被确定的对齐量整除；
2、分配每一个成员的时候，该成员相对于起始地址的偏移（offset）要能被该成员的大小整除；
3、结构体总的大小能被确定的对齐量整除；
扩充的字节叫做pad（填充字节）
下面看linux g++ 3.4.3编译器在x86 的32位机子下的默认规则，那相对简单一些：（相当于VS2005中将对齐情况改成4字节对齐）
对齐的方式默认是4字节，所以每个成员都按照4字节方式对齐即可。上面的结构体的大小就是:
4 (int i;的大小） + 8（double 的大小） + 1（char 的大小） + 3 （为了4字节填充而补充的字节） = 16字节；
至于gcc的结构体变量的首地址分配的特征一时也找不到，还望各位多多指教。谢谢。
最后，如果定义一个没有任何成员的结构体，struct A{}; 该大小是多少呢？是1字节。如果定义了两个结构体变量struct A a1, a2; 1字节的填充能够使a1和a2的地址区分开来！
还有其他的编译器和操作系统就不是我所能知的了。
那么，这些规则也许不尽相同，但是给了我们一个编程时候的注意点，就是：
定义结构体的时候，成员最好能从大到小来定义，那样能相对的省空间。（至少不会比别的顺序差，一般情况下哈。）
比如以上的结构体,如果能这样定义：
struct A
{
double d;
int i;
char c;
};
那么，无论是windows下的vs2005，还是linux下的gcc，都是16字节。
对齐情况还可以通过各个编译器给出的特性在代码中改，不过我没用过，就没有发言权，各位又需要可以参考别的文章。
以上的过程和推论是我看别的文章和上机试验的结果，如有不对之处，请各位指教，谢谢。
再说一点，对于有嵌套的情况，vs2005下的对齐我也不大确定，不过我的分析如下：
struct A
{
char c;
double d;
int i;
};
struct B
{
struct A a;
char c;
};
这种情况下，分析B的大小；
1、对齐量的确定：包括A中的各成员比较的，递归下去，比较各个基本类型成员的大小，去最大值，为8（double的大小）；
2、起始地址和上面的一样，要求B的变量的其实地址能被8整除；
3、关于B中struct A a；的偏移和大小和将a单独作为结构体变量的时候一样（那样方便赋值运算）
剩下的和上面的规则相同；
所以：B的大小就是24（struct A）+ 1（char） +７（pad) = 32字节；