结构体字节对齐

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。