From: http://blog.csdn.net/alex_bn/article/details/6770788

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首先來看下在C/C++中定義如下的結(jié)構(gòu)體，然后對他們分別進行sizeof()運算，看看結(jié)果會如何

struct?A
{
?????int?a;
?????char?b;
?????short?c;
};

struct?B
{
?????char?b;
?????int?a;
?????short?c;
};

#pragma?pack(push,2)?????/*指定2字節(jié)對齊*/
struct?C
{
?????char?b;
?????int?a;
?????short?c;
};
#pragma?pack?(pop)??????/*還原默認字節(jié)對齊*/

#pragma?pack?(push,1)???/*指定1字節(jié)對齊*/
struct?D
{
?????char?b;
?????int?a;
?????short?c;
};
#pragma?pack?(pop)??????/*還原默認字節(jié)對齊*/

各個結(jié)構(gòu)體內(nèi)的變量只是順序不一樣！各變量字節(jié)和為1+4+2=7個字節(jié)，而對各個結(jié)構(gòu)體進行sizeof()運算所得的結(jié)果卻是不一樣的：sizeof(A)==8?? sizeof(B)==12? ?sizeof(C)==8? ?sizeof(D)==7

非常有趣吧？造成這個差異的是什么原因呢？其實就是下面要講的C/C++中的字節(jié)對齊。

什么是字節(jié)對齊以及為什么要對齊？

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變量的時候經(jīng)常在特定的內(nèi)存地址訪問，這就需要各類型數(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，這就是字節(jié)對齊。

而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。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，而如果存放在奇地址開始的地方，就可能會需要2個讀周期，并對兩次讀出的結(jié)果的高低字節(jié)進行拼湊才能得到該int數(shù)據(jù)。顯然在讀取效率上下降很多。這也是空間和時間的博弈。

對齊的實現(xiàn)

通常，我們寫程序的時候，不需要考慮對齊問題。編譯器會替我們選擇時候目標平臺的對齊策略。當然，我們也可以通知給編譯器傳遞預編譯指令而改變對指定數(shù)據(jù)的對齊方法。但是，正因為我們一般不需要關(guān)心這個問題，所以因為編輯器對數(shù)據(jù)存放做了對齊，而我們不了解的話，常常會對一些問題感到迷惑，本文上面的例子就如此。

對齊的算法

由于各個平臺和編譯器的不同，現(xiàn)以vc6.0（32位x86平臺）為例子，來討論上例中編譯器對struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的各成員如何進行對齊的。這里面有四個概念值：

1.數(shù)據(jù)類型自身的對齊值：就是上面交代的基本數(shù)據(jù)類型的自身對齊值。

2.指定對齊值：#pragma pack(push,value)時的指定對齊值value。

3.結(jié)構(gòu)體或者類的自身對齊值：其成員中自身對齊值最大的那個值。

4.數(shù)據(jù)成員、結(jié)構(gòu)體和類的有效對齊值：自身對齊值和指定對齊值中較小的那個值。

有了這些值，我們就可以很方便的來討論具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的成員和其自身的對齊方式。有效對齊值N是最終用來決定數(shù)據(jù)存放地址方式的值，最重要。有效對齊N，就是表示“對齊在N上”，也就是說該數(shù)據(jù)的"存放起始地址%N=0".而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)變量都是按定義的先后順序來排放的。第一個數(shù)據(jù)變量的起始地址就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的起始地址。結(jié)構(gòu)體的成員變量要對齊排放，結(jié)構(gòu)體本身也要根據(jù)自身的有效對齊值圓整(就是結(jié)構(gòu)體成員變量占用總長度需要是對結(jié)構(gòu)體有效對齊值的整數(shù)倍，結(jié)合下面例子理解)。這樣就不能理解上面例子的值了。

例子分析：

結(jié)構(gòu)體B分析

struct?B
{
?????char?b;
?????int?a;
?????short?c;
};

假設B從地址空間0x0000開始排放。該例子中沒有定義指定對齊值，在vc6.0環(huán)境下，該值默認為4。

第一個成員變量b的自身對齊值是1，比指定或者默認指定對齊值4小，所以其有效對齊值為1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.第二個成員變量a的自身對齊值為4，所以有效對齊值也為4，所以只能存放在起始地址為0x0004到0x0007這四個連續(xù)的字節(jié)空間中，復核0x0004%4=0,?? 且緊靠第一個變量。第三個變量c,自身對齊值為2，所以有效對齊值也是2，可以存放在0x0008到0x0009這兩個字節(jié)空間中，符合0x0008%2=0。所以從0x0000到0x0009存放的都是結(jié)構(gòu)體B的內(nèi)容。再來看看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B的自身對齊值為其變量中最大對齊值(這里是a)所以就是4，所以結(jié)構(gòu)體的有效對齊值也是4。根據(jù)結(jié)構(gòu)體圓整的要求，0x0009到0x0000=10字節(jié)，(10+2)%4=0。所以0x0000A到0x000B也為結(jié)構(gòu)體B所占用。故B從0x0000到0x000B共有12個字節(jié),sizeof(B) == 12

結(jié)構(gòu)體C分析

#pragma?pack(push,2)?????/*指定按2字節(jié)對齊*/
struct???C
{
?????char?b;
?????int?a;
?????short?c;
};
#pragma?pack(pop)????? ?/*還原默認字節(jié)對齊*/

第一個變量b的自身對齊值為1，指定對齊值為2，所以，其有效對齊值為1，假設C從0x0000開始，那么b存放在0x0000，符合0x0000%1=0;第二個變量，自身對齊值為4，指定對齊值為2，所以有效對齊值為2，所以順序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四個連續(xù)字節(jié)中，符合0x0002%2=0。第三個變量c的自身對齊值為2，所以有效對齊值為2，順序存放在0x0006、0x0007中，符合0x0006%2=0。所以從0x0000到0x00007共八字節(jié)存放的是C的變量。又C的自身對齊值為4，所以C的有效對齊值為2。又8%2=0,C只占用0x0000到0x0007的八個字節(jié)。所以sizeof(C) == 8

最后來說一下，如果指定字節(jié)對齊為1字節(jié)，那么這個結(jié)構(gòu)體實際占用的字節(jié)大小就是結(jié)構(gòu)體內(nèi)各變量真實占用字節(jié)大小之和！

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C/C++字节对齐问题的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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