【C语言】字节对齐（内存对齐）
1. 对齐原则：
【原则1】数据成员对齐规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员的对齐按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行。
【原则2】结构(或联合)的整体对齐规则：在数据成员完成各自对齐之后，结构(或联合)本身也要进行对齐，对齐将按照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行。
【原则3】结构体作为成员：如果一个结构里有某些结构体成员，则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储。
备注：数组成员按长度按数组类型长度计算，如char t[9],在第1步中数据自身长度按1算，累加结构体时长度为9；第2步中，找最大数据长度时，如果结构体T有复杂类型成员A，该A成员的长度为该复杂类型成员A的最大成员长度。
小结：当#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个n值的大小将不产生任何效果。
【注意】（对齐位数跟处理器位数和编译器都有关）VS, VC等编译器默认是#pragma pack(8)，所以测试我们的规则会正常；注意gcc默认是#pragma pack(4)，并且gcc只支持1,2,4对齐。套用三原则里计算的对齐值是不能大于#pragma pack指定的n值。
2. 自然对齐：存放变量的地址要是该变量数据类型大小的整数倍。如：存放int型数据的地址一定要是4的倍数，存放short型数据的地址一定要是2的倍数。
3. 改变缺省的对界条件(指定对界)：
- 使用伪指令#pragma pack (n)，C编译器将按照n个字节对齐。
- 使用伪指令#pragma pack（），取消自定义字节对齐方式。
举例一
例1：
| 12345678910 | #pragma pack(1)struct AA{ int a; //长度4 < 1 按1对齐；偏移量为0；存放位置区间[0,3] char b; //长度1 = 1 按1对齐；偏移量为4；存放位置区间[4] short c; //长度2 > 1 按1对齐；偏移量为5；存放位置区间[5,6] char d; //长度1 = 1 按1对齐；偏移量为6；存放位置区间[7] //整体存放在[0~7]位置区间中，共八个字节。};#pragma pack() |
结果：8个字节
例2：
| 123456789 | #pragma pack(2)struct AA{ int a; //长度4 > 2 按2对齐；偏移量为0；存放位置区间[0,3] char b; //长度1 < 2 按1对齐；偏移量为4；存放位置区间[4] short c; //长度2 = 2 按2对齐；偏移量要提升到2的倍数6；存放位置区间[6,7] char d; //长度1 < 2 按1对齐；偏移量为7；存放位置区间[8]；共九个字节};#pragma pack() |
结果：10个字节
例3：
| 123456789 | #pragma pack(4)struct AA{ int a; //长度4 = 4 按4对齐；偏移量为0；存放位置区间[0,3] char b; //长度1 < 4 按1对齐；偏移量为4；存放位置区间[4] short c; //长度2 < 4 按2对齐；偏移量要提升到2的倍数6；存放位置区间[6,7] char d; //长度1 < 4 按1对齐；偏移量为7；存放位置区间[8]；总大小为9};#pragma pack() |
结果：12个字节
例4：
| 123456789 | #pragma pack(8)struct AA{ int a; //长度4 < 8 按4对齐；偏移量为0；存放位置区间[0,3] char b; //长度1 < 8 按1对齐；偏移量为4；存放位置区间[4] short c; //长度2 < 8 按2对齐；偏移量要提升到2的倍数6；存放位置区间[6,7] char d; //长度1 < 8 按1对齐；偏移量为7；存放位置区间[8]，总大小为9};#pragma pack() |
结果：12个字节
例5：
| 1234567891011121314151617 | struct EE //8个字节对齐{ int a; //长度4 < 8 按4对齐；偏移量为0；存放位置区间[0,3] char b; //长度1 < 8 按1对齐；偏移量为4；存放位置区间[4] short c; //长度2 < 8 按2对齐；偏移量由5提升到6；存放位置区间[6,7] struct FF //结构体内部最大元素为int,由于偏移量为8刚好是4的整数倍，所以从8开始存放接下来的struct FF { int a1; //长度4 < 8 按4对齐；偏移量为8；存放位置区间[8,11] char b1; //长度1 < 8 按1对齐；偏移量为12；存放位置区间[12] short c1; //长度2 < 8 按2对齐；偏移量为13,提升到2的倍数14；存放位置区间[14,15] char d1; //长度1 < 8 按1对齐；偏移量为16；存放位置区间[16] }; //整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 8) = 4，将内存大小由17补齐到4的整数倍20 char d; //长度1 < 8 按1对齐；偏移量为21；存放位置区间[21] //整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 8) = 4，将内存大小由21补齐到4的整数倍24}; |
| 12345678910111213 | struct B{ char e[2]; //长度1 < 8 按2对齐；偏移量为0；存放位置区间[0,1] short h; //长度2 < 8 按2对齐；偏移量为2；存放位置区间[2,3] //结构体内部最大元素为double,偏移量为4，提升到8，所以从8开始存放接下来的struct A struct A { int a; //长度4 < 8 按4对齐；偏移量为8；存放位置区间[8,11] double b; //长度8 = 8 按8对齐；偏移量为12，提升到16；存放位置区间16,23] float c; //长度4 < 8,按4对齐；偏移量为24，存放位置区间[24,27] }; //整体对齐系数 = min((max(int,double,float), 8) = 8，将内存大小由28补齐到8的整数倍32}; |
举例二
代码1：
| 12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546 | #include <stdio.h>typedef struct{ int aa1; //4个字节对齐 1111 char bb1; //1个字节对齐 1 short cc1; //2个字节对齐 011 char dd1; //1个字节对齐 1 }testlength1;int length1 = sizeof(testlength1); //4个字节对齐，占用字节1111 1011 1000,length = 12 typedef struct{ char bb2; //1个字节对齐 1 int aa2; //4个字节对齐 01111 short cc2; //2个字节对齐 11 char dd2; //1个字节对齐 1 }testlength2;int length2 = sizeof(testlength2); //4个字节对齐，占用字节1011 1111 1000,length = 12 typedef struct{ char bb3; //1个字节对齐 1 char dd3; //1个字节对齐 1 int aa3; //4个字节对齐 001111 short cc23; //2个字节对齐 11 }testlength3;int length3 = sizeof(testlength3); //4个字节对齐，占用字节1100 1111 1100,length = 12 typedef struct{ char bb4; //1个字节对齐 1 char dd4; //1个字节对齐 1 short cc4; //2个字节对齐 11 int aa4; //4个字节对齐 1111 } testlength4;int length4 = sizeof(testlength4); //4个字节对齐，占用字节1111 1111,length = 8 int main(void){ printf("length1 = %d.\n",length1); printf("length2 = %d.\n", length2); printf("length3 = %d.\n", length3); printf("length4 = %d.\n", length4); return 0;} |
VS2017输出结果：
代码2：
| 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647 | #include <stdio.h>#pragma pack(2) typedef struct{ int aa1; //2个字节对齐 1111 char bb1; //1个字节对齐 1 short cc1; //2个字节对齐 011 char dd1; //1个字节对齐 1 } testlength1;int length1 = sizeof(testlength1); //2个字节对齐，占用字节11 11 10 11 10,length = 10 typedef struct{ char bb2; //1个字节对齐 1 int aa2; //2个字节对齐 01111 short cc2; //2个字节对齐 11 char dd2; //1个字节对齐 1 } testlength2;int length2 = sizeof(testlength2); //2个字节对齐，占用字节10 11 11 11 10,length = 10 typedef struct{ char bb3; //1个字节对齐 1 char dd3; //1个字节对齐 1 int aa3; //2个字节对齐 11 11 short cc23; //2个字节对齐 11 }testlength3;int length3 = sizeof(testlength3); //2个字节对齐，占用字节11 11 11 11,length = 8 typedef struct{ char bb4; //1个字节对齐 1 char dd4; //1个字节对齐 1 short cc4; //2个字节对齐 11 int aa4; //2个字节对齐 11 11}testlength4;int length4 = sizeof(testlength4); //2个字节对齐，占用字节11 11 11 11,length = 8 int main(void){ printf("length1 = %d.\n", length1); printf("length2 = %d.\n", length2); printf("length3 = %d.\n", length3); printf("length4 = %d.\n", length4); return 0;} |
VS2017输出结果：
代码3：
| 12345678910111213141516171819202122232425 | #include<iostream>using namespace std; typedef struct bb{ int id; //[0]....[3] double weight; //[8].....[15] 原则１ float height; //[16]..[19],总长要为８的整数倍,补齐[20]...[23] 原则３}BB; typedef struct aa{ char name[2]; //[0],[1] int id; //[4]...[7] 原则１ double score; //[8]....[15] short grade; //[16],[17] BB b; //[24]......[47] 原则２}AA; int main(){ AA a; cout << sizeof(a) << " " << sizeof(BB) << endl; return 0;} |
VS2017输出结果： 48 24
代码4:
| 1234567891011121314151617181920212223242526 | #include<iostream>using namespace std; #pragma pack(2)typedef struct bb{ int id; double weight; float height; }BB; typedef struct aa{ char name[2]; int id; double score; short grade; BB b; }AA; int main(){ AA a; cout << sizeof(a) << " " << sizeof(BB) << endl; return 0;} |
VS2017输出结果：32 16
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