1、對(duì)齊算法

在相同的對(duì)齊方式下，結(jié)構(gòu)體內(nèi)部數(shù)據(jù)定義的順序不同，結(jié)構(gòu)體整體占據(jù)內(nèi)存空間也不同。

如下結(jié)構(gòu)體定義：

struct A {

// a 的自身對(duì)齊值為 4，偏移地址為 0x00~0x03，a 的起始地址 0x00 滿足 0x00%4=0

int a;

// b 的自身對(duì)齊值為 1，由于緊跟 a 之后的地址，即 0x04 滿足 0x04%1=0，所以 b 存放在 0x04 地址空間

char b;

// c的自身對(duì)齊值為2，由于緊跟b之后的地址0x05%2不是0，而0x06%2=0

// 因此c的存放起始地址為0x06，存放在0x06~0x07空間。

// 在b和c之間的0x05地址則補(bǔ)空字節(jié)

short c;

};

結(jié)構(gòu)體A中包含：

1）4 字節(jié)長(zhǎng)度的 int；

2）1 字節(jié)長(zhǎng)度的 char；

3）2 字節(jié)長(zhǎng)度的 short 型數(shù)據(jù)一個(gè)。

所以 A 用到的空間應(yīng)該是 7 字節(jié)。

但是因?yàn)?a href="http://www.nncyjs.com/zhuanti/vv5yz9" style="color:#4595e6;" target="_blank">編譯器要對(duì)數(shù)據(jù)成員在空間上進(jìn)行對(duì)齊，由于結(jié)構(gòu)體自身對(duì)齊值取數(shù)據(jù)成員中自身對(duì)齊值的最大值，即 4，并且 0x00~0x07 的 8 字節(jié)空間滿足 8%4=0，所以 sizeof(strcut A) 值為 8。

現(xiàn)在把該結(jié)構(gòu)體調(diào)整成員變量的順序：

struct B {

// b的自身對(duì)齊值為1，其起始地址為0x00，由于滿足0x00%1=0，所以b存放在0x00地址空間

char b;

// a的自身對(duì)齊值為4，由于緊跟b之后的地址0x01%4不是0，而0x04%4=0

// 因此c的存放起始地址為0x04，存放在0x04~0x07空間。

// 在b和a之間的0x01~0x03地址則補(bǔ)3個(gè)空字節(jié)。

int a;

// c的自身對(duì)齊值為2，由于緊跟a之后的地址0x08%2=0，因此c的存放起始地址為0x08，存放在0x08~0x09空間        

short c;          

};

這時(shí)候同樣是總共7個(gè)字節(jié)的變量，但是由于結(jié)構(gòu)體自身對(duì)齊值取數(shù)據(jù)成員中自身對(duì)齊值的最大值，即4;

并且0x00~0x09的10字節(jié)空間不滿足10%4=0，而12%4=0，所以sizeof(struct B)的值卻是12，即在緊跟c之后的0x0A~0x0B地址還需補(bǔ)兩個(gè)空字節(jié)，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)體占用的字節(jié)空間為12個(gè)字節(jié)。

下面我們使用預(yù)編譯指令#pragma pack (value)來(lái)告訴編譯器，使用我們指定的對(duì)齊值來(lái)取代缺省的。

#pragma pack (2) /*指定按2字節(jié)對(duì)齊，等價(jià)于#pragma pack(push,2)*/

struct C {

char b;

int a;

short c;

};

#pragma pack () /*取消指定對(duì)齊，恢復(fù)缺省對(duì)齊,等價(jià)于#pragma pack(pop)*/

sizeof(struct C) 值是8。

修改對(duì)齊值為1：

#pragma pack (1) /*指定按1字節(jié)對(duì)齊*/

struct D {

char b;

int a;

short c;

};

#pragma pack () /*取消指定對(duì)齊，恢復(fù)缺省對(duì)齊*/

sizeof(struct D) 值為7。

對(duì)于char型數(shù)據(jù)，其自身對(duì)齊值為1，對(duì)于short型為2，對(duì)于int,float,long類型，其自身對(duì)齊值為4，double,long long類型，其自身對(duì)齊值為8單位字節(jié)。

2、四個(gè)概念值

1）數(shù)據(jù)類型自身的對(duì)齊值，就是上面交代的基本數(shù)據(jù)類型的自身對(duì)齊值；

2）指定對(duì)齊值：#pragma pack (value)時(shí)的指定對(duì)齊值value；

3）結(jié)構(gòu)體或者類的自身對(duì)齊值：其數(shù)據(jù)成員中自身對(duì)齊值最大的那個(gè)值；

4）數(shù)據(jù)成員、結(jié)構(gòu)體和類的有效對(duì)齊值：自身對(duì)齊值和指定對(duì)齊值中小的那個(gè)值；

有了這些值，我們就可以很方便的來(lái)討論具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的成員和其自身的對(duì)齊方式。

有效對(duì)齊值N是最終用來(lái)決定數(shù)據(jù)存放地址方式的值，最重要。

有效對(duì)齊N，就是表示“對(duì)齊在N上”，也就是說(shuō)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(lái)排放的。

第一個(gè)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(duì)齊排放，結(jié)構(gòu)體本身也要根據(jù)自身的有效對(duì)齊值圓整，就是結(jié)構(gòu)體成員變量占用總長(zhǎng)度需要是對(duì)結(jié)構(gòu)體有效對(duì)齊值的整數(shù)倍。

這樣就不難理解上面的幾個(gè)例子的值了。

例子分析：

struct B {

char b;

int a;

short c;

};

假設(shè)B從地址空間0x0000開(kāi)始排放。

該例子中沒(méi)有定義指定對(duì)齊值，該值默認(rèn)為4。

第一個(gè)成員變量b的自身對(duì)齊值是1，比指定或者默認(rèn)指定對(duì)齊值4小，所以其有效對(duì)齊值為1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.

第二個(gè)成員變量a，其自身對(duì)齊值為4，所以有效對(duì)齊值也為4，所以只能存放在起始地址為0x0004到0x0007這四個(gè)連續(xù)的字節(jié)空間中，符合0x0004%4=0, 且緊靠第一個(gè)變量。

第三個(gè)變量c,自身對(duì)齊值為2，所以有效對(duì)齊值也是2，可以存放在0x0008到0x0009這兩個(gè)字節(jié)空間中，符合0x0008%2=0。所以從0x0000到0x0009存放的都是B內(nèi)容。

再看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B的自身對(duì)齊值為其變量中最大對(duì)齊值(這里是a）和指定對(duì)齊值(這里是4)中較小的那個(gè)，所以就是4，所以結(jié)構(gòu)體的有效對(duì)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(gè)字節(jié)，sizeof(struct B)=12;、

#pragma pack (2) /*指定按2字節(jié)對(duì)齊*/

struct C {

char b;

int a;

short c;

};

#pragma pack () /*取消指定對(duì)齊，恢復(fù)缺省對(duì)齊*/

第一個(gè)變量b的自身對(duì)齊值為1，指定對(duì)齊值為2，所以，其有效對(duì)齊值為1，假設(shè)C從0x0000開(kāi)始，那么b存放在0x0000，符合0x0000%1=0;

第二個(gè)變量，自身對(duì)齊值為4，指定對(duì)齊值為2，所以有效對(duì)齊值為2，所以順序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四個(gè)連續(xù)字節(jié)中，符合0x0002%2=0。

第三個(gè)變量c的自身對(duì)齊值為2，所以有效對(duì)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(duì)齊值為4；

所以C的有效對(duì)齊值為2。又8%2=0,C只占用0x0000到0x0007的八個(gè)字節(jié)。所以sizeof(struct C)=8.

更改c編譯器的缺省字節(jié)對(duì)齊方式：

在缺省情況下，c編譯器為每一個(gè)變量或數(shù)據(jù)單元按其自然對(duì)界條件分配空間；

一般地可以通過(guò)下面的兩種方法來(lái)改變?nèi)笔〉膶?duì)界條件：

方法一：

使用#pragma pack(n)，指定c編譯器按照n個(gè)字節(jié)對(duì)齊；

使用#pragma pack()，取消自定義字節(jié)對(duì)齊方式。

方法二：

__attribute(aligned(n))，讓所作用的數(shù)據(jù)成員對(duì)齊在n字節(jié)的自然邊界上；

如果結(jié)構(gòu)中有成員的長(zhǎng)度大于n，則按照最大成員的長(zhǎng)度來(lái)對(duì)齊；

__attribute((packed))，取消結(jié)構(gòu)在編譯過(guò)程中的優(yōu)化對(duì)齊，按照實(shí)際占用字節(jié)數(shù)進(jìn)行對(duì)齊。

比如：

typedef struct

{

　　...

}__attribute__((aligned(4))) param_t;

3、示例

例子一：

#pragma pack(4)

class TestB

{

   public:

   int aa;   //第一個(gè)成員，放在[0,3]偏移的位置，

　 char a;    //第二個(gè)成員，自身長(zhǎng)為1，#pragma pack(4),取小值，也就是1，所以這個(gè)成員按一字節(jié)對(duì)齊，放在偏移[4]的位置。由于下一成員short b是按2字節(jié)對(duì)齊，因此char a后面只需補(bǔ)一個(gè)空字節(jié)

　　short b; //第三個(gè)成員，自身長(zhǎng)2，#pragma pack(4)，取小值為2，按2字節(jié)對(duì)齊，所以放在偏移[6,7]的位置。

　　char c;   //第四個(gè)，自身長(zhǎng)為1，放在[8]的位置。

};

可見(jiàn)，此類實(shí)際占用的內(nèi)存空間是9個(gè)字節(jié)。

根據(jù)規(guī)則5，結(jié)構(gòu)整體的對(duì)齊是min( sizeof( int ), pack_value ) = 4，所以sizeof( TestB ) = 12; 

char a 占用一個(gè)字節(jié)，后面補(bǔ)3個(gè)空字節(jié)；

short b和char c可以放在同一4字節(jié)空間中，后面只需補(bǔ)一個(gè)空字節(jié)。

例子二：

#pragma pack(2)

class TestB

{

   public:

      int aa;   //第一個(gè)成員，放在[0,3]偏移的位置，

　　char a;   //第二個(gè)成員，自身長(zhǎng)為1，#pragma pack(4),取小值，也就是1，所以這個(gè)成員按一字節(jié)對(duì)齊，放在偏移[4]的位置。由于下一成員short b按2字節(jié)對(duì)齊，因此char a后面只需補(bǔ)一個(gè)空字節(jié)

　　short b; //第三個(gè)成員，自身長(zhǎng)2，#pragma pack(4)，取2，按2字節(jié)對(duì)齊，所以放在偏移[6,7]的位置。

　　char c;   //第四個(gè)，自身長(zhǎng)為1，放在[8]的位置。

};

可見(jiàn)結(jié)果與例子一相同，各個(gè)成員的位置沒(méi)有改變，此時(shí)結(jié)構(gòu)整體的對(duì)齊是min( sizeof( int ), pack_value ) = 2，所以sizeof( TestB ) = 10；char a后面補(bǔ)一個(gè)空字節(jié)；char c后面補(bǔ)一個(gè)空字節(jié)。

例子三：

#pragma pack(4)

class TestC

{

  public:

     char a;    //第一個(gè)成員，放在[0]偏移的位置，由于下一成員short b按2字節(jié)對(duì)齊，因此char a后面只弱補(bǔ)一個(gè)空字節(jié)

　　short b; //第二個(gè)成員，自身長(zhǎng)2，#pragma pack(4)，取2，按2字節(jié)對(duì)齊，所以放在偏移[2,3]的位置。

　　char c;   //第三個(gè)，自身長(zhǎng)為1，放在[4]的位置。

};

整個(gè)類的實(shí)際內(nèi)存消耗是5個(gè)字節(jié)，整體按照min( sizeof( short ), 4 ) = 2對(duì)齊，所以結(jié)果是sizeof( TestC ) = 6。

例子四：

struct Test

{

    char x1;   //第一個(gè)成員，放在[0]位置。由于下一成員short x2按2字節(jié)對(duì)齊，因此char x1后面只需補(bǔ)一個(gè)空字節(jié)，

    short x2; //第二個(gè)成員，自身長(zhǎng)度為2，按2字節(jié)對(duì)齊，所以放在偏移[2,3]的位置，

    float x3;  //第三個(gè)成員，自身長(zhǎng)度為4，按4字節(jié)對(duì)齊，所以放在偏移[4,7]的位置，

    char x4;  //第四個(gè)成員，自身長(zhǎng)度為1，按1字節(jié)對(duì)齊，所以放在偏移[8]的位置，

};

所以整個(gè)結(jié)構(gòu)體的實(shí)際內(nèi)存消耗是9個(gè)字節(jié)，考慮到結(jié)構(gòu)整體的對(duì)齊是4個(gè)字節(jié)，所以整個(gè)結(jié)構(gòu)占用的空間是12個(gè)字節(jié)。char x1和short x2共用一個(gè)4字節(jié)空間，后面補(bǔ)一個(gè)空字節(jié)；char x4后面需要補(bǔ)3個(gè)空字節(jié)。

例子五：

#pragma pack(8)

struct s1

{

    short a; //第一個(gè)，放在[0,1]位置，

    long b;  //第二個(gè)，自身長(zhǎng)度為4，按min(4, 8) = 4對(duì)齊，所以放在[4,7]位置

};

所以結(jié)構(gòu)體的實(shí)際內(nèi)存消耗是8個(gè)字節(jié)；

結(jié)構(gòu)體的對(duì)齊是min( sizeof( long ), pack_value ) = 4字節(jié)，所以整個(gè)結(jié)構(gòu)占用的空間是8個(gè)字節(jié)。

struct s2

{

char c;         //第一個(gè)，放在[0]位置，

s1 d;           //第二個(gè)，根據(jù)規(guī)則四，對(duì)齊是min( 4, pack_value ) = 4字節(jié)（由于s1占用了8個(gè)字節(jié)，這里為什么不是8字節(jié)？？），所以放在[4,11]位置,

long long e; //第三個(gè)，自身長(zhǎng)度為8字節(jié)，所以按8字節(jié)對(duì)齊，所以放在[16,23]位置，

};

所以實(shí)際內(nèi)存消耗是24字節(jié)。整體對(duì)齊方式是8字節(jié)，所以整個(gè)結(jié)構(gòu)占用的空間是24字節(jié)。

#pragma pack()

所以：sizeof(s2) = 24, char c后面是空了3個(gè)字節(jié)接著是s1 d, s1 d后面又補(bǔ)了4個(gè)空字節(jié)，char c占一個(gè)字節(jié)，后面補(bǔ)7個(gè)字節(jié)；s1 d占8個(gè)字節(jié)；long long e占8個(gè)字節(jié)。

refer：

https://www.cnblogs.com/King-Gentleman/p/5297355.html