說明：

結(jié)構(gòu)體的sizeof值,并不是簡單的將其中各元素所占字節(jié)相加，而是要考慮到存儲空間的字節(jié)對齊問題。這些問題在平時編程的時候也確實不怎么用到，但在一些筆試面試題目中出是常常出現(xiàn)，

一、解釋

現(xiàn)代計算機中內(nèi)存空間都是按照byte劃分的，從理論上講似乎對任何類型的變量的訪問可以從任何地址開始，但實際情況是在訪問特定類型變量的時候經(jīng)常在特定的內(nèi)存地址訪問，這就需要各種類型數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則在空間上排列，而不是順序的一個接一個的排放，這就是對齊。

各個硬件平臺對存儲空間的處理上有很大的不同。一些平臺對某些特定類型的數(shù)據(jù)只能從某些特定地址開始存取。比如有些架構(gòu)的CPU在訪問一個沒有進(jìn)行對齊的變量的時候會發(fā)生錯誤，那么在這種架構(gòu)下編程必須保證字節(jié)對齊.其他平臺可能沒有這種情況，但是最常見的是如果不按照適合其平臺要求對數(shù)據(jù)存放進(jìn)行對齊，會在存取效率上帶來損失。比如有些平臺每次讀都是從偶地址開始，如果一個int型（假設(shè)為32位系統(tǒng)）如果存放在偶地址開始的地方，那么一個讀周期就可以讀出這32bit，而如果存放在奇地址開始的地方，就需要2個讀周期，并對兩次讀出的結(jié)果的高低字節(jié)進(jìn)行拼湊才能得到該32bit數(shù)據(jù)。

二、準(zhǔn)則

其實字節(jié)對齊的細(xì)節(jié)和具體編譯器實現(xiàn)相關(guān)，但一般而言，滿足三個準(zhǔn)則：

1. 結(jié)構(gòu)體變量的首地址能夠被其最寬基本類型成員的大小所整除；

2. 結(jié)構(gòu)體每個成員相對于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量都是成員大小的整數(shù)倍，如有需要編譯器會在成員之間加上填充字節(jié)；

3. 結(jié)構(gòu)體的總大小為結(jié)構(gòu)體最寬基本類型成員大小的整數(shù)倍，如有需要編譯器會在最末一個成員之后加上填充字節(jié)。

三、基本概念

字節(jié)對齊：計算機存儲系統(tǒng)中以Byte為單位存儲數(shù)據(jù)，不同數(shù)據(jù)類型所占的空間不同，如：整型（int）數(shù)據(jù)占4個字節(jié)，字符型（char）數(shù)據(jù)占一個字節(jié)，短整型（short）數(shù)據(jù)占兩個字節(jié)，等等。計算機為了快速的讀寫數(shù)據(jù)，默認(rèn)情況下將數(shù)據(jù)存放在某個地址的起始位置，如：整型數(shù)據(jù)（int）默認(rèn)存儲在地址能被4整除的起始位置，字符型數(shù)據(jù)（char）可以存放在任何地址位置（被1整除），短整型（short）數(shù)據(jù)存儲在地址能被2整除的起始位置。這就是默認(rèn)字節(jié)對齊方式。

?四、結(jié)構(gòu)體長度求法

1.成員都相同時（或含數(shù)組且數(shù)組數(shù)據(jù)類型同結(jié)構(gòu)體其他成員數(shù)據(jù)類型）：
結(jié)構(gòu)體長度=成員數(shù)據(jù)類型長度×成員個數(shù)（各成員長度之和）;
結(jié)構(gòu)體中數(shù)組長度=數(shù)組數(shù)據(jù)類型長度×數(shù)組元素個數(shù)；

2.成員不同且不含其它結(jié)構(gòu)體時;
(1).分析各個成員長度；
(2).找出最大長度的成員長度M（結(jié)構(gòu)體的長度一定是該成員的整數(shù)倍）；
(3).并按最大成員長度出現(xiàn)的位置將結(jié)構(gòu)體分為若干部分；
(4).各個部分長度一次相加，求出大于該和的最小M的整數(shù)倍即為該部分長度
(5).將各個部分長度相加之和即為結(jié)構(gòu)體長度

3.含有其他結(jié)構(gòu)體時：
(1).分析各個成員長度；
(2).對是結(jié)構(gòu)體的成員，其長度按b來分析，且不會隨著位置的變化而變化；
(3).分析各個成員的長度（成員為結(jié)構(gòu)體的分析其成員長度），求出最大值；
(4).若長度最大成員在為結(jié)構(gòu)體的成員中，則按結(jié)構(gòu)體成員為分界點分界；
其他成員中有最大長度的成員，則該成員為分界點；
求出各段長度，求出大于該和的最小M的整數(shù)倍即為該部分長度
(5).將各個部分長度相加之和即為結(jié)構(gòu)體長度

?五、空結(jié)構(gòu)體

struct S5 { }; sizeof( S5 ); // 結(jié)果為1

“空結(jié)構(gòu)體”（不含數(shù)據(jù)成員）的大小不為0，而是1。試想一個“不占空間”的變量如何被取地址、兩個不同的“空結(jié)構(gòu)體”變量又如何得以區(qū)分呢于是，“空結(jié)構(gòu)體”變量也得被存儲，這樣編譯器也就只能為其分配一個字節(jié)的空間用于占位了。

六、有static的結(jié)構(gòu)體

struct S4{ char a; long b; static long c; //靜態(tài) };

靜態(tài)變量存放在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，而sizeof計算棧中分配的空間的大小，故不計算在內(nèi)，S4的大小為4+4=8。

?七、舉例說明

1.舉例1

很顯然默認(rèn)對齊方式會浪費很多空間，例如如下結(jié)構(gòu)：

struct student { char name[5]; int num; short score; }

本來只用了11bytes（5+4+2）的空間，但是由于int型默認(rèn)4字節(jié)對齊，存放在地址能被4整除的起始位置，即：如果name[5]從0開始存放，它占5bytes，而num則從第8（偏移量）個字節(jié)開始存放。所以sizeof(student)=16。于是中間空出幾個字節(jié)閑置著。但這樣便于計算機快速讀寫數(shù)據(jù)，是一種以空間換取時間的方式。其數(shù)據(jù)對齊如下圖：

|char|char|char|char| |char|----|----|----| |--------int--------| |--short--|----|----|

如果我們將結(jié)構(gòu)體中變量的順序改變?yōu)?#xff1a;

struct student { int num; char name[5]; short score; }

則，num從0開始存放，而name從第4（偏移量）個字節(jié)開始存放，連續(xù)5個字節(jié)，score從第10（偏移量）開始存放，故sizeof(student)=12。其數(shù)據(jù)對齊如下圖：

|--------int--------| |char|char|char|char| |char|----|--short--|

如果我們將結(jié)構(gòu)體中變量的順序再次改為為：

struct student { int num; short score; char name[5]; }

則，sizeof(student)=12。其數(shù)據(jù)對齊如下圖：

|--------int--------| |--short--|char|char| |char|char|char|----|

2.舉例2

（1）

struct test1 　　{ int a; 　　 int b[4]; 　　};

sizeof(test1)=sizeof(int)+4*sizeof(int)=4+4*4=20;

（2）

struct test2 　　{ char a; 　　 int b; 　　 double c; 　　 bool d; 　　};

?

分析：該結(jié)構(gòu)體最大長度double型，長度是8，因此結(jié)構(gòu)體長度分兩部分：
第一部分是a、 b、 c的長度和，長度分別為1，4，8，則該部分長度和為13，取8的大于13的最小倍數(shù)為16；
第二部分為d，長度為1，取大于1的8的最小倍數(shù)為8，
兩部分和為24，故sizeof(test2)=24;

（3）

struct test3 { char a; test2 bb;//見上題 int cc; }

分析：該結(jié)構(gòu)體有三個成員，其中第二個bb是類型為test2的結(jié)構(gòu)體，長度為24，且該結(jié)構(gòu)體最大長度成員類型為double型，以后成員中沒有double型，所以按bb分界為兩部分：
第一部分有a 、bb兩部分，a長度為1，bb長度為24，取8的大于25的最小倍數(shù)32；
第二部分有cc，長度為4，去8的大于4的最小倍數(shù)為8；
兩部分之和為40，故sizeof(test3)=40;

（4）

struct test4 { char a; int b; }; struct test5 { char c; test4 d; double e; bool f; };

求sizeof(test5)
分析：test5明顯含有結(jié)構(gòu)體test4，按例2容易知道sizeof(test4)=8，且其成員最大長度為4;則結(jié)構(gòu)體test5的最大成員長度為8(double 型)，考試.大提示e是分界點，分test5為兩部分：
第一部分由c 、d、e組成，長度為1、8、8，故和為17，取8的大于17的最小倍數(shù)為24；
第二部分由f組成，長度為1，取8的大于1的最小倍數(shù)為8，
兩部分和為32，故sizeof(test5)=24+8=32;

?八、union

union的長度取決于其中的長度最大的那個成員變量的長度。即union中成員變量是重疊擺放的，其開始地址相同。

其實union(共用體)的各個成員是以同一個地址開始存放的,每一個時刻只可以存儲一個成員,這樣就要求它在分配內(nèi)存單元時候要滿足兩點:??
? 1.一般而言,共用體類型實際占用存儲空間為其最長的成員所占的存儲空間；??
? 2.若是該最長的存儲空間對其他成員的元類型(如果是數(shù)組,取其類型的數(shù)據(jù)長度,例int?? a[5]為4)不滿足整除關(guān)系,該最大空間自動延伸;??
? 我們來看看這段代碼:???

union mm{ char a;//元長度1 int b[5];//元長度4 double c;//元長度8 int d[3]; };

本來mm的空間應(yīng)該是sizeof(int)*5=20;但是如果只是20個單元的話,那可以存幾個double型(8位)呢?兩個半?當(dāng)然不可以,所以mm的空間延伸為既要大于20,又要滿足其他成員所需空間的整數(shù)倍,即24???
所以union的存儲空間先看它的成員中哪個占的空間最大,拿他與其他成員的元長度比較,如果可以整除就行。

?九、指定對界

#pragma pack()命令

如何修改編譯器的默認(rèn)對齊值?
1.在VC IDE中，可以這樣修改：[Project]|[Settings],c/c++選項卡Category的Code Generation選項的Struct Member Alignment中修改，默認(rèn)是8字節(jié)。
2.在編碼時，可以這樣動態(tài)修改：#pragma pack .注意:是pragma而不是progma.

一般地，可以通過下面的方法來改變?nèi)笔〉膶鐥l件：
使用偽指令#pragma pack (n)，編譯器將按照n個字節(jié)對齊；
使用偽指令#pragma pack ()，取消自定義字節(jié)對齊方式。

注意：如果#pragma pack (n)中指定的n大于結(jié)構(gòu)體中最大成員size，則其不起作用，結(jié)構(gòu)體仍然按照size最大的成員進(jìn)行對界。

為了節(jié)省空間，我們可以在編碼時通過#pragma pack()命令指定程序的對齊方式，括號中是對齊的字節(jié)數(shù)，若該命令括號中的內(nèi)容為空，則為默認(rèn)對齊方式。例如，對于上面第一個結(jié)構(gòu)體，如果通過該命令手動設(shè)置對齊字節(jié)數(shù)如下：

#pragma pack(2) //設(shè)置2字節(jié)對齊

struct strdent { char name[5]; //本身1字節(jié)對齊，比2字節(jié)對齊小，按1字節(jié)對齊 int num; //本身4字節(jié)對齊，比2字節(jié)對齊大，按2字節(jié)對齊 short score; //本身也2字節(jié)對齊，仍然按2字節(jié)對齊 }

#pragma pack() // 恢復(fù)先前的pack設(shè)置,取消設(shè)置的字節(jié)對齊方式

則，num從第6（偏移量）個字節(jié)開始存放，score從第10（偏移量）個字節(jié)開始存放，故sizeof(student)=12，其數(shù)據(jù)對齊如下圖：

|char|char| |char|char| |char|----| |----int--| |----int--| |--short--|

這樣改變默認(rèn)的字節(jié)對齊方式可以更充分地利用存儲空間，但是這會降低計算機讀寫數(shù)據(jù)的速度，是一種以時間換取空間的方式。

?十、代碼驗證

• 代碼

//------------------------------------ // 環(huán)境：VS2005 // 時間：2010.9.24 // 用途：結(jié)構(gòu)體大小測試 // 作者：pppboy.blog.163.com //----------------------------------- #include "stdafx.h" #include <iostream> using namespace std; //空 struct S0{ }; struct S1{ char a; long b; }; struct S2{ long b; char a; }; struct S3 { char c; struct S1 d;//結(jié)構(gòu)體 long e; }; struct S4{ char a; long b; static long c; //靜態(tài) }; struct S5{ char a; long b; char name[5]; //數(shù)組 }; //含有一個數(shù)組 struct S6{ char a; long b; int name[5]; //數(shù)組 }; struct student0 { char name[5]; int num; short score; }; struct student1 { int num; char name[5]; short score; }; struct student2 { int num; short score; char name[5]; }; union union1 { long a; double b; char name[9]; }; union union2{ char a; int b[5]; double c; int d[3]; }; int main(int argc, char* argv[]) { cout << "char: " << sizeof(char) << endl; //1 cout << "long: " << sizeof(long) << endl; //4 cout << "int: " << sizeof(int) << endl; //4 cout << "S0: " << sizeof(S0) << endl; //1 cout << "S1: " << sizeof(S1) << endl; //8 cout << "S2: " << sizeof(S2) << endl; //8 cout << "S3: " << sizeof(S3) << endl; //24 cout << "S4: " << sizeof(S4) << endl; //8 cout << "S5: " << sizeof(S5) << endl; //16 cout << "S6: " << sizeof(S6) << endl; //28 cout << "union1 :" << sizeof(union1) << endl; cout << "union2 :" << sizeof(union2) << endl; cout << "student0: " << sizeof(student0) << endl; cout << "student1: " << sizeof(student1) << endl; cout << "student2: " << sizeof(student2) << endl; system("pause"); return 0; }

• 輸出

//這是默認(rèn)的結(jié)果（8字節(jié)對齊）

char: 1 long: 4 int: 4 S0: 1 S1: 8 S2: 8 S3: 16 S4: 8 S5: 16 S6: 28 union1 :16 union2 :24 student0: 16 student1: 12 student2: 12 請按任意鍵繼續(xù). . .

//這是16字節(jié)對齊的結(jié)果，可以看到當(dāng)設(shè)置16字節(jié)對齊時，確實沒什么效果，里面最大的是double，也就是8字節(jié)，#pragma pack (n)中指定的n大于結(jié)構(gòu)體中最大成員size，則其不起作用。

char: 1 long: 4 int: 4 double:8 S0: 1 S1: 8 S2: 8 S3: 16 S4: 8 S5: 16 S6: 28 union1 :16 union2 :24 student0: 16 student1: 12 student2: 12 請按任意鍵繼續(xù). . .

//這是2字節(jié)對齊的結(jié)果，可以慢慢參考研究

char: 1 long: 4 int: 4 double:8 S0: 1 S1: 6 S2: 6 S3: 12 S4: 6 S5: 12 S6: 26 union1 :10 union2 :20 student0: 12 student1: 12 student2: 12 請按任意鍵繼續(xù). . .

?

• 說明：

（1）默認(rèn)8字節(jié)對齊

（2）分析

S0:空

S1:

|char|----|----|----| |-------long--------|

S2:

|-------long--------| |char|----|----|----|

S3:

其中包含的S1中最長的為long，S3中也為long，以最長的為分界，那么為：1+8+4 = 13，那么這個結(jié)構(gòu)體的長度就是8的倍數(shù)16。

內(nèi)存是怎么樣的現(xiàn)在還沒有弄清楚。。。

S4：

靜態(tài)變量存放在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，而sizeof計算棧中分配的空間的大小，故不計算在內(nèi)，S4的大小為4+4=8。

S5，S6，Student見上面例子。

union1:

最長double=8，但char c[9]用9個不夠，再加一倍到16.

union2:

類型最長的是long=8，變量最長的是int b[5] = 4*5=20，20以上8的倍數(shù)為24。

?十一、還沒有解決的問題

雖然知道結(jié)構(gòu)體中含有結(jié)構(gòu)體的長度怎么計算，但不知道它的內(nèi)存是什么樣子的，在VS中用

cout << "&objS3.a: "<< hex << &objS3.a << endl;

為什么顯示出來是亂碼？？

十二、字節(jié)對齊可能帶來的隱患

（說明：從一個pdf復(fù)制，參考一下）

代碼中關(guān)于對齊的隱患，很多是隱式的。比如在強制類型轉(zhuǎn)換的時候。例如：

unsigned int i = 0x12345678; unsigned char *p=NULL; unsigned short *p1=NULL; p=&i; *p=0x00; p1=(unsigned short *)(p+1); *p1=0x0000;

最后兩句代碼，從奇數(shù)邊界去訪問unsignedshort型變量，顯然不符合對齊的規(guī)定。
在x86上，類似的操作只會影響效率，但是在MIPS或者sparc上，可能就是一個error,因為它們要求必須字節(jié)對齊。

十三、參考引用

在上述內(nèi)容中，引用參考了不少文章，現(xiàn)將鏈接給出，同時感謝Scorpions帶來的音樂快感。這里僅供本人學(xué)習(xí)，謝謝作者。

http://blog.csdn.net/houghstc/archive/2009/06/30/4307523.aspx

http://blog.csdn.net/vincent_1011/archive/2009/08/25/4479965.aspx

http://www.baidu.com/index.php

http://apps.hi.baidu.com/share/detail/6503863

http://hmmanhui.blog.sohu.com/108007380.html

http://www.cppreference.com/wiki/keywords/sizeof

http://blog.csdn.net/goodluckyxl/archive/2005/10/17/506827.aspx

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++之字节对齐与结构体大小的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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