CC++结构体字节对齐详解

C/C++结构体字节对齐详解

注意：成员对齐有一个重要的条件,即每个成员按自己的方式对齐.其对齐的规则是,每个成员按其类型的对齐参数(通常是这个类型的大小)和指定对齐参数(这里默认是8字节)中较小的一个对齐.并且结构的长度必须为所用过的所有对齐参数的整数倍,不够就补空字节.

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，即每个成员的起始地址）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）。

注意：当结构体成员里面有数组成员时，如int a[10],要看成10个整形变量才参与计算。

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。

空结构体 struct S3 { };

sizeof( S3); // 结果为1

“空结构体”（不含数据成员）的大小不为0，而是1。试想一个“不占空间”的变量如何被取地址、两个不同的“空结构体”变量又如何得以区分呢于是，“空结构体”变量也得被存储，这样编译器也就只能为其分配一个字节的空间用于占位了。

有static的结构体 struct S4{ char a; long b;

static long c; //静态 };

静态变量存放在全局数据区内，而sizeof计算栈中分配的空间的大小，故不计算在内，S4的大小为4+4=8。

struct S5{ char c; int i; };

struct S6 {

char c1;

S5 s;

char c2 };

S5的最宽简单成员的类型为int，S6在考虑最宽简单类型成员时是将S5“打散”看的，所以S6的最宽简单类型为int，这样，通过S6定义的变量，其存储空间首地址需要被4整除，整个sizeof(S6)的值也应该被4整除。c1的偏移量为0，s的偏移量呢这时s是一个整体，它作为结构体变量也满足前面三个准则，所以其大小为8，偏移量为4，c1与s之间便需要3个填充字节，而c2与s之间就不需要了，所以c2的偏移量为12，算上c2的大小为13，13是不能被4整除的，这样末尾还得补上3个填充字节。最后得到sizeof(S6)的值为16。