分类： C/C++
2010-11-09 11:28:35
一、什么是字节对齐
一个变量占用 n 个字节，则该变量的起始地址必须能够被 n 整除，即: 存放起始地址 % n = 0， 对于结构体而言，这个 n 取其成员种的数据类型占空间的值最大的那个。
二、为什么要字节对齐
内存空间是按照字节来划分的，从理论上说对内存空间的访问可以从任何地址开始，但是在实际上不同架构的CPU为了提高访问内存的速度，就规定了对于某些类型的数据只能从特定的起始位置开始访问。这样就决定了各种数据类型只能按照相应的规则在内存空间中存放，而不能一个接一个的顺序排列。
举个例子，比如有些平台访问内存地址都从偶数地址开始，对于一个int型(假设32位系统)，如果从偶数地址开始的地方存放，这样一个读周期就可以读出这个int数据，但是如果从奇数地址开始的地址存放，就需要两个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到这个int数据，这样明显降低了读取的效率。
三、如何进行字节对齐
3.1结构体字节对齐有两个必要条件：一、成员在结构体中相对于首地址的偏移量必须是自身对齐值（设这个值为X）的整数倍。二、结构体的大小必须是结构体对齐值（设这个值为Y）的整数倍。
成员自身对齐值X = min( 系统对齐值，成员类型大小 ) ,系统对齐值在VC中默认是8 ,也可以由语句设定，例如：
#pragma pack(value)
......
......
#pragma pack()
在这两句之间的系统对齐值被设置成为value 。
结构体对齐值取各成员自身对齐值中对大的，即Y = max( x1,x2,...... xn ) 。
3.2各个数据类型的大小：
数据类型: char short int long float double (long double)
gcc
Visual C++: 1 2 4 4 4 8 8
数组的大小=数组长度X 数组成员类型大小 ，但当数组作为参数时，数组的大小应该为系统地址大小，因为此时传递的只是数组首地址。
void function (int array[10]) { printf(\"%d\\n\",sizeof(array)); }
int main(int argc , char *argv[])
{
int array[10];
function(array);
return 1;
}
这里的输出结果是4，因为C语言在数组作为参数的时候传递的只是地址，也就是在function这个函数用到的array只不过是个指针变量，其结果返回是4，因为：在Win32平台上地址为32位即指针变量的大小为4字节。
共用体变量的所占字节数为最大数据类型成员的大小，例如 union Union { int i,char ch}; Union test; 则test 的大小为4(int类型的大小)。
枚举类型变量大小为4字节，因为枚举类型是派生自System.Enum的一种独特的值类型，用于声明一组命名的常数。每种枚举类型均有一种基础类型，此基础类型可以使除char类型以外的任何整型。
枚举元素的默认基础类型为int 默认情况下，第一个枚举元素的值为0，后面每个枚举元素的值依次递增1 。如
emum weekday{sun,mon,tue,wed,thu,fri,sat},在此枚举中，sun的值为0 ，mon为1 以此类推。也可emum weekday{sun=1,mon,tue,wed=sun,thu,fri,sat},强制第一个枚举元素sun的值为1,mon为2，tue为3，而wed又强制为1，依次类推。
如果枚举元素的数据类型不是int型，则可 enum color:long{red,green,blue}
例：使用枚举类型
using system;
public class testenum
{
enum range:long{max=2147483648L,min=255L}
public static void main()
{
long a=(long) range.max;
long b=(long) range.min;
console.writeline("max={0},min={1}",a,b);
}
}
3.3字节对齐方法
按照3.1中描述的两个条件，结构体在在内存的存放顺序用如下规则即可映射出来：
(一)每个成员的起始地址 % 每个成员的自身对齐值 = 0，如果不等于 0 则先补空字节直至这个表达式成立；
(二)结构体的长度必须为结构体的自身对齐值的整数倍,不够就补空字节。
举个例子：
#pragmapack(8)
structA{
chara;
longb;
};
对于 struct A 来说，对于char型数据，其自身对齐值为1，对于long类型，其自身对齐值为4, 结构体的自身对齐值取其成员最大的对齐值，即大小4。那么struct A 在内存中的顺序步骤为：
(1) char a, 地址范围为0x0000~0x0000,起始地址为0x0000,满足 0x0000 % 1 = 0，这个成员字节对齐了。
(2) long b, 地址起始位置不能从0x00001开始，因为 0x0001 % 4 != 0, 所以先补空字节，直到0x00003结束，即补3个字节的空字节，从0x00004开始存放b,其地址范围为0x00004~0x0007.
(3)此时成员都存放结束，结构体长度为8，为结构体自身对齐值的2倍，符合条件(二).
此时满足条件(一)和条件(二)，struct A 中各成员在内存中的位置为：a*** b ,sizeof(struct A) = 8。(每个星号代表一位，成员各自代表自己所占的位，比如a占一位，b占四位)
structB{
chara;
structAb;
longc;
};
对于struct B，里面有个类型为struct A的成员b自身对齐值为4，对于long类型，其自身对齐值为4. 故struct B的自身对齐值为4。那么structB 在内存中的顺序步骤为：
(1) char a, 地址范围为0x0000~0x0000,起始地址为0x0000,满足 0x0000 % 1 = 0，这个成员字节对齐了。
(2) struct A b, 地址起始位置不能从0x00001开始，因为 0x0001 % 4 != 0, 所以先补空字节，直到0x00003结束，即补3个字节的空字节，从0x00004开始存放b,其地址范围为0x00004~0x00011.
(3) long c，地址起始位置从0x000012开始， 因为 0x0012 % 4 = 0，其地址范围为0x00012~0x0015.
(4)此时成员都存放结束，结构体长度为16，为结构体自身对齐值的4倍，符合条件(二).
此时满足条件(一)和条件(二)，struct B 中各成员在内存中的位置为：a*** b c ,sizeof(struct C) = 16。(每个星号代表一位，成员各自代表自己所占的位，比如a占一位，b占八位，c占四位)
structC{
chara;
structAb;
doublec;
};
对于struct C，里面有个类型为struct A的成员b自身对齐值为4，对于double 类型，其自身对齐值为8. 故struct C的自身对齐值为8。那么struct C 在内存中的顺序步骤为：
(1) char a, 地址范围为0x0000~0x0000,起始地址为0x0000,满足 0x0000 % 1 = 0，这个成员字节对齐了。
(2) struct A b, 地址起始位置不能从0x00001开始，因为 0x0001 % 4 != 0, 所以先补空字节，直到0x00003结束，即补3个字节的空字节，从0x00004开始存放b,其地址范围为0x00004~0x00011.
(3) double c，地址起始位置不能从0x000012开始， 因为 0x0012 % 8 != 0，所以先补空字节，直到0x000015结束，即补4个字节的空字节，从0x00016开始存放c,其地址范围为0x00016~0x0023.
(4)此时成员都存放结束，结构体长度为24，为结构体自身对齐值的3倍，符合条件(二).
此时满足条件(一)和条件(二)，struct C 中各成员在内存中的位置为：a*** b **** c ,sizeof(struct C) = 24。(每个星号代表一位，成员各自代表自己所占的位，比如a占一位，b占八位，c占八位)
structD{
chara;
structAb;
doublec;
intd;
};
structE{
chara;
intb;
structAc;
doubled;
};
对于struct D，自身对齐值为8。前面三个成员与 struct C 是一致的。对于第四成员d，因为 0x0024 % 4 = 0, 所以可以从0x0024开始存放d, 其地址范围为0x00024~0x00027.此时成员都存放结束，结构体长度为28，28 不是结构体自身对齐值8的倍数，所以要在后面补四个空格，即在0x0028~0x0031上补四个空格。补完了，结构体长度为32, 为结构体自
身对齐值的4被，，符合条件(二).
此时满足条件(一)和条件(二)，struct D 中各成员在内存中的位置为：a*** b **** c d **** ,sizeof(struct D) = 32。(每个星号代表一位，成员各自代表自己所占的位，比如a占一位，b占八位，c占八位, d占四位)。
对于struct E 中各成员在内存中的位置为：a*** b c d, sizeof(struct E) = 24。(每个星号代表一位，成员各自代表自己所占的位，比如a占一位，b占四位，c占八位, d占八位)。
通过struct D 和 struct E 可以看出，在成员数量和类型一致的情况，后者的所占空间少于前者，因为后者的填充空字节要少。如果我们在编程时考虑节约空间的话，应该遵循将变量按照类型大小从小到大声明的原则, 这样尽量减少填补空间。另外，可以在填充空字节的地方来插入reserved成员, 例如
struct A
{
char a;
char reserved[3];
int b;
}；
这样做的目的主要是为了对程序员起一个提示作用，如果不加则编译器会自动补齐。
