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結(jié)構(gòu)體字節(jié)對齊 在用sizeof運(yùn)算符求算某結(jié)構(gòu)體所占空間時(shí)，并不是簡單地將結(jié)構(gòu)體中所有元素各自占的空間相加，這里涉及到內(nèi)存字節(jié)對齊的問題。從理論上講，對于任何變量的訪問都可以從任何地址開始訪問，但是事實(shí)上不是如此，實(shí)際上訪問特定類型的變量只能在特定的地址訪問，這就需要各個(gè)變量在空間上按一定的規(guī)則排列，而不是簡單地順序排列，這就是內(nèi)存對齊。 內(nèi)存對齊的原因： 1)某些平臺只能在特定的地址處訪問特定類型的數(shù)據(jù)； 2)提高存取數(shù)據(jù)的速度。比如有的平臺每次都是從偶地址處讀取數(shù)據(jù)，對于一個(gè)int型的變量，若從偶地址單元處存放，則只需一個(gè)讀取周期即可讀取該變量；但是若從奇地址單元處存放，則需要2個(gè)讀取周期讀取該變量。
在C99標(biāo)準(zhǔn)中，對于內(nèi)存對齊的細(xì)節(jié)沒有作過多的描述，具體的實(shí)現(xiàn)交由編譯器去處理，所以在不同的編譯環(huán)境下，內(nèi)存對齊可能略有不同，但是對齊的最基本原則是一致的，對于結(jié)構(gòu)體的字節(jié)對齊主要有下面兩點(diǎn)： 1)結(jié)構(gòu)體每個(gè)成員相對結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量(offset)是對齊參數(shù)的整數(shù)倍，如有需要會在成員之間填充字節(jié)。編譯器在為結(jié)構(gòu)體成員開辟空間時(shí)，首先檢查預(yù)開辟空間的地址相對于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量是否為對齊參數(shù)的整數(shù)倍，若是，則存放該成員；若不是，則填充若干字節(jié)，以達(dá)到整數(shù)倍的要求。 2)結(jié)構(gòu)體變量所占空間的大小是對齊參數(shù)大小的整數(shù)倍。如有需要會在最后一個(gè)成員末尾填充若干字節(jié)使得所占空間大小是對齊參數(shù)大小的整數(shù)倍。 注意：在看這兩條原則之前，先了解一下對齊參數(shù)這個(gè)概念。對于每個(gè)變量，它自身有對齊參數(shù)，這個(gè)自身對齊參數(shù)在不同編譯環(huán)境下不同。下面列舉的是兩種最常見的編譯環(huán)境下各種類型變量的自身對齊參數(shù)
從上面可以發(fā)現(xiàn)，在windows(32)/VC6.0下各種類型的變量的自身對齊參數(shù)就是該類型變量所占字節(jié)數(shù)的大小，而在linux(32)/GCC下double類型的變量自身對齊參數(shù)是4，是因?yàn)閘inux(32)/GCC下如果該類型變量的長度沒有超過CPU的字長，則以該類型變量的長度作為自身對齊參數(shù)，如果該類型變量的長度超過CPU字長，則自身對齊參數(shù)為CPU字長，而32位系統(tǒng)其CPU字長是4，所以linux(32)/GCC下double類型的變量自身對齊參數(shù)是4，如果是在Linux(64)下，則double類型的自身對齊參數(shù)是8。
除了變量的自身對齊參數(shù)外，還有一個(gè)對齊參數(shù)，就是每個(gè)編譯器默認(rèn)的對齊參數(shù)#PRagma pack(n)，這個(gè)值可以通過代碼去設(shè)定，如果沒有設(shè)定，則取系統(tǒng)的默認(rèn)值。在windows(32)/VC6.0下，n的取值可以為1、2、4、8，默認(rèn)情況下為8。在linux(32)/GCC下，n的取值只能為1、2、4，默認(rèn)情況下為4。注意像DEV-CPP、MinGW等在windows下n的取值和VC的相同。
了解了這2個(gè)概念之后，可以理解上面2條原則了。對于第一條原則，每個(gè)變量相對于結(jié)構(gòu)體的首地址的偏移量必須是對齊參數(shù)的整數(shù)倍，這句話中的對齊參數(shù)是取每個(gè)變量自身對齊參數(shù)和系統(tǒng)默認(rèn)對齊參數(shù)#pragma pack(n)中較小的一個(gè)。舉個(gè)簡單的例子，比如在結(jié)構(gòu)體A中有變量int a，a的自身對齊參數(shù)為4（環(huán)境為windows/vc），而VC默認(rèn)的對齊參數(shù)為8，取較小者，則對于a，它相對于結(jié)構(gòu)體A的起始地址的偏移量必須是4的倍數(shù)。
對于第二條原則，結(jié)構(gòu)體變量所占空間的大小是對齊參數(shù)的整數(shù)倍。這句話中的對齊參數(shù)有點(diǎn)復(fù)雜，它是取結(jié)構(gòu)體中所有變量的對齊參數(shù)的最大值和系統(tǒng)默認(rèn)對齊參數(shù)#pragma pack(n)比較，較小者作為對齊參數(shù)。舉個(gè)例子假如在結(jié)構(gòu)體A中先后定義了兩個(gè)變量int a;double b;對于變量a，它的自身對齊參數(shù)為4，而#pragma pack(n)值默認(rèn)為8，則a的對齊參數(shù)為4；b的自身對齊參數(shù)為8，而#pragma pack(n)的默認(rèn)值為8，則b的對齊參數(shù)為8。由于a的最終對齊參數(shù)為4，b的最終對齊參數(shù)為8，那么兩者較大者是8，然后再拿8和#pragma pack(n)作比較，取較小者作為對齊參數(shù)，也就是8，即意味著結(jié)構(gòu)體最終的大小必須能被8整除。
下面是測試?yán)樱?/p>
注意：以下例子的測試結(jié)果均在windows(32)/VC下測試的，其默認(rèn)對齊參數(shù)為8
/*測試sizeof運(yùn)算符 2011.10.1*/#include <iostream>using namespace std;//#pragma pack(4) //設(shè)置4字節(jié)對齊 //#pragma pack() //取消4字節(jié)對齊 typedef struct node1{ int a; char b; short c;}S1;typedef struct node2{ char a; int b; short c;}S2;typedef struct node3{ int a; short b; static int c;}S3;typedef struct node4{ bool a; S1 s1; short b;}S4;typedef struct node5{ bool a; S1 s1; double b; int c;}S5;int main(int argc, char *argv[]){ cout<<sizeof(char)<<" "<<sizeof(short)<<" "<<sizeof(int)<<" "<<sizeof(float)<<" "<<sizeof(double)<<endl; S1 s1; S2 s2; S3 s3; S4 s4; S5 s5; cout<<sizeof(s1)<<" "<<sizeof(s2)<<" "<<sizeof(s3)<<" "<<sizeof(s4)<<" "<<sizeof(s5)<<endl; return 0;}下面解釋一下其中的幾個(gè)結(jié)構(gòu)體字節(jié)分配的情況
比如對于node2
typedef struct node2{ char a; int b; short c;}S2;sizeof(S2)=12; 對于變量a，它的自身對齊參數(shù)為1，#pragma pack(n)默認(rèn)值為8，則最終a的對齊參數(shù)為1，為其分配1字節(jié)的空間，它相對于結(jié)構(gòu)體起始地址的偏移量為0，能被4整除；
對于變量b，它的自身對齊參數(shù)為4，#pragma pack(n)默認(rèn)值為8，則最終b的對齊參數(shù)為4，接下來的地址相對于結(jié)構(gòu)體的起始地址的偏移量為1，1不能夠整除4，所以需要在a后面填充3字節(jié)使得偏移量達(dá)到4，然后再為b分配4字節(jié)的空間；
對于變量c，它的自身對齊參數(shù)為2，#pragma pack(n)默認(rèn)值為8，則最終c的對齊參數(shù)為2，而接下來的地址相對于結(jié)構(gòu)體的起始地址的偏移量為8，能整除2，所以直接為c分配2字節(jié)的空間。
此時(shí)結(jié)構(gòu)體所占的字節(jié)數(shù)為1+3+4+2=10字節(jié)
最后由于a，b，c的最終對齊參數(shù)分別為1，4，2，最大為4，#pragma pack(n)的默認(rèn)值為8，則結(jié)構(gòu)體變量最后的大小必須能被4整除。而10不能夠整除4，所以需要在后面填充2字節(jié)達(dá)到12字節(jié)。其存儲如下：
|char|----|----|----| 4字節(jié)|--------int--------| 4字節(jié)|--short--|----|----| 4字節(jié)總共占12個(gè)字節(jié)
對于node3，含有靜態(tài)數(shù)據(jù)成員
typedef struct node3{ int a; short b; static int c;}S3;則sizeof(S3)=8.這里結(jié)構(gòu)體中包含靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，而靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的存放位置與結(jié)構(gòu)體實(shí)例的存儲地址無關(guān)(注意只有在C++中結(jié)構(gòu)體中才能含有靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，而C中結(jié)構(gòu)體中是不允許含有靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的)。其在內(nèi)存中存儲方式如下：
|--------int--------| 4字節(jié) |--short-|----|----| 4字節(jié)而變量c是單獨(dú)存放在靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)的，因此用siezof計(jì)算其大小時(shí)沒有將c所占的空間計(jì)算進(jìn)來。
而對于node5，里面含有結(jié)構(gòu)體變量
typedef struct node5{ bool a; S1 s1; double b; int c;}S5;sizeof(S5)=32。
對于變量a，其自身對齊參數(shù)為1，#pragma pack(n)為8，則a的最終對齊參數(shù)為1，為它分配1字節(jié)的空間，它相對于結(jié)構(gòu)體起始地址的偏移量為0，能被1整除；
對于s1，它的自身對齊參數(shù)為4（對于結(jié)構(gòu)體變量，它的自身對齊參數(shù)為它里面各個(gè)變量最終對齊參數(shù)的最大值），#pragma pack(n)為8，所以s1的最終對齊參數(shù)為4，接下來的地址相對于結(jié)構(gòu)體起始地址的偏移量為1，不能被4整除，所以需要在a后面填充3字節(jié)達(dá)到4，為其分配8字節(jié)的空間；
對于變量b，它的自身對齊參數(shù)為8，#pragma pack(n)的默認(rèn)值為8，則b的最終對齊參數(shù)為8，接下來的地址相對于結(jié)構(gòu)體起始地址的偏移量為12，不能被8整除，所以需要在s1后面填充4字節(jié)達(dá)到16，再為b分配8字節(jié)的空間；
對于變量c，它的自身對齊參數(shù)為4，#pragma pack(n)的默認(rèn)值為8，則c的最終對齊參數(shù)為4，接下來相對于結(jié)構(gòu)體其實(shí)地址的偏移量為24，能夠被4整除，所以直接為c分配4字節(jié)的空間。
此時(shí)結(jié)構(gòu)體所占字節(jié)數(shù)為1+3+8+4+8+4=28字節(jié)。
對于整個(gè)結(jié)構(gòu)體來說，各個(gè)變量的最終對齊參數(shù)為1，4，8，4，最大值為8，#pragma pack(n)默認(rèn)值為8，所以最終結(jié)構(gòu)體的大小必須是8的倍數(shù)，因此需要在最后面填充4字節(jié)達(dá)到32字節(jié)。其存儲如下：
|--------bool--------| 4字節(jié) |---------s1---------| 8字節(jié) |--------------------| 4字節(jié) |--------double------| 8字節(jié) |----int----|---------| 8字節(jié)另外可以顯示地在程序中使用#pragma pack(n)來設(shè)置系統(tǒng)默認(rèn)的對齊參數(shù)，在顯示設(shè)置之后，則以設(shè)置的值作為標(biāo)準(zhǔn)，其它的和上面所講的類似，就不再贅述了，讀者可以自行上機(jī)試驗(yàn)一下。如果需要取消設(shè)置，可以用#pragma pack()來取消。
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