分类： C/C++
2015-04-21 11:11:04
首先我们拿几个问题热热身，如下所示的结构体，请诸位来判断下sizeof后的值的大小。
1.什么都没有的结构体（类），C++中这个结构体是多少？
struct A
{
};
2.那么在C语言中呢？上述的结构体是多少？
如果上面的例子让你拿捏不准的话，下面的例子给你一些自信：
3.
struct A
{
char a;
short b;
int c;
};
Sizeof（A）的值是多少？
如果你答的是7的话，可以回去等（xi）通（xi）知（shui）了（le）。
显然正确的结果基础扎实的同学是知道了，我们就以此为突破口来对内存对齐的知识进行剖析。
为什么要进行内存对齐？
回答7的同学一定很疑惑，1+2+4=7难道有错么，从我们直观的感受来说确实是正确的。但是计算机好像并不是以此为原则的，呵呵，结果说明一切。那么显然它有自己的一套规则。
许多计算机系统对基本数据类型合法地址做出了一些限制，要求某种类型对象的地址必须是某个值K（通常是2、4或8）的倍数。这种对齐限制简化了形成处理器和存储器系统之间接口的硬件设计。无论数据是否对齐，其实程序都能跑下去。但是Intel还是要建议对齐数据以提高存储器的性能。
上面的扯了那么多无非就是说，内存对齐是为了效率。那么它的对齐原则是什么，我们列举出来一一进行验证：
1.对于结构体的各个成员，第一个成员位于偏移量为0的位置，以后每个数据成员的偏移量必须是MIN(#pragma pack(x), 这个数据成员的自身长度)的倍数。
2.在数据成员完成各自对齐之后，结构体本身也要进行对齐，对齐将按照MIN(#pragma pack(x), 结构体（共用体）最大数据成员长度）。
这个#pragma pack(x)是什么意思？
指定成员按x个字节对齐。
#pragma pack(n) 编译器将按照n个字节对齐
#pragma pack() 编译器将取消自定义字节对齐方式
但是正如刚在的公式所说，每个成员还得按照自己的方式对齐。配合上边的#pragma：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（这里是n字节）中较小的一个对齐。
例如
#pragma pack(8)
struct A
{
char a;
long b;
};
struct B
{
char c;
A d;
long long e;
};
A和B元素的所占字节的大小？
3.有得时候只是位置的调整就可以让他所占空间发生变化。
struct test
{
char a;
short b;
char c;
int d;
};
struct test2
{
short b;
char a;
char c;
int d;
};
上述的两个结构体大小分别为多少？
4.万事万物都有特例，回到第一个问题上。一个“空的结构体”有多大？
在C++中，一个空的struct占1字节，虽然struct没有任何元素，但是C++把struct当做类去看待。空类的默认大小为1。
而在C语言中，一个空的struct确实被当做一个空的结构体，那么它的大小也就是0了（在linux的gcc下编译）。
5.但是还有一些比较怪异结构体我们没有见过：
struct C
{
struct C a;
};
这个结构体的元素时结构本身。。。。。。所以大小是多少？
如果概念上大家已经明确的话，请接招（由简到难）。
1.
union A
{
int a;
double b;
int c;
char d;
};
Sizeof(A)?
2.
union A
{
int a;
double b;
int c;
char d;
};
struct B
{
A a;
char b;
};
Sizeof(B) ?
3.
union A
{
int a;
double b;
int c;
char d;
};
struct B
{
A a;
char b;
};
struct C
{
int i_value;
B b;
char ch;
};
Sizeof(C)?
4.
struct A
{
char a;
short b;
int c;
struct B
{
char d;
double e;
};
int f;
};
这个的结构体的大小是多少？（你可能会整错！）
5.
如果上边的算错了别灰心，看看下边这个。
struct A
{
char a;
short b;
int c;
struct B
{
char d;
double e;
} f;
int g;
};
这个和上边的非常相似，但是有区别？
4、5例子的对比将会引入一个新的概念。
6.
好吧，已经遇到了不少的陷阱了。那么再看看下边的。我们将会在结构体中添加位段（关于位段的概念参考《C和指针》）。
（1）
struct B
{
char c1:6;
char c2:1;
int in:16;
};
（2）
struct B
{
short s1:6;
char c2:1;
int in:16;
};
（3）
struct B
{
short s1:6;
char c2:1;
short s2:15;
int in:16;
};
（4）
热身完毕后得来点干货了！
struct B
{
short s1:6;
char c2:1;
short s2:15;
int in:16;
};
struct A
{
char a;
short b;
int c;
struct B e;
int g;
};
Sizeof（A）等于多少？
（5）
union B
{
short s1:6;
char c2:1;
short s2:15;
int in:16;
};
struct A
{
char a;
short b;
int c;
union B e;
int g;
};
（6）
union B
{
short s1:6;
char c2:1;
short s2:15;
int in:16;
double d:32;
};
这个的是多少？（算对说明思路清晰的很）。
（7）
struct A
{
char a;
short b;
int c;
union B
{
int b;
char c1:3;
short s2:12;
struct
{
int a;
double e;
};
};
int g;
};
长度很多，请说出sizeof（A）大小？
关于位段的考察告一段落，位段对齐原则的细节请自行在网上查阅。我们再转战到enum（枚举）。看看enum在结构体中的应用。
7.
struct A
{
enum a{
INDEX1,
INDEX2,
INDEX3,
INDEX4
};
};
这个的sizeof（A）是多少？
8.
struct A
{
int a;
short b;
int c;
double d;
struct B
{
int a;
enum c;
} e;
double f;
};
Sizeof（A）多少？
9.我们来看看数组问题。
struct A
{
char c[13];
int b;
double e[2];
char d[5];
};
总结：
至此我们已经考察了内存对齐的方方面面，对它的使用原则进行了简单的介绍，而且给出了很多变态的问题（不少的难度远超于面试难度）。那么引申出一个问题：
为什么企业面试这么看重内存对齐的概念？
1.在网络的数据传输中，如果能够组织起高效的数据报可以大大节省空间。
2.TCP和UDP的数据报，很多的位段用来描述数据报的状态。
3.考察学生是否进行过数据报的设计。
那么内存对齐的好处确实不少：
1.加快内存的读取速度，跳了效率；
2.确保程序的正常执行，有的存储器访问要求存储器地址必须是16的倍数，不满足的会导致程序终止（这个时候需要强制对齐）。
延伸阅读，请看看linux 和windows的对齐策略有什么不同？
参考《深入理解计算机系统》第三章：程序机器级表示。171页。
关于这篇博客博客上各sizeof值是多少，欢迎大家讨论。过段时间我将给出正确答案。
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