C++中struct大小的确定

结构体是一种复合数据类型，通常编译器会自动的进行其成员变量的对齐，以提高数据存取的效率。

在默认情况下，编译器为结构体的成员按照自然对齐（natural alignment）的方式分配存储空间，各个成员按照其声明顺序在存储器中顺序存储。自然对齐是指按照结构体中成员size最大的对齐。

#pragma pack(n) // 用来指定结构体的对齐方式。

默认对齐方式

在默认对齐方式下，结构体成员的内存分配满足下面三个条件

1. 结构体第一个成员的地址和结构体的首地址相同
2. 结构体每个成员地址相对于结构体首地址的偏移量（offset）是该成员大小的整数倍，如果不是则编译器会在成员之间添加填充字节（internal adding）。
3. 结构体总的大小要是其成员中最大size的整数倍，如果不是编译器会在其末尾添加填充字节（trailing padding）。

指定对齐方式

可以使用#pragma pack(N)来指定结构体成员的对齐方式
对于指定的对齐方式，其成员的地址偏移以及结构体的总的大小也有下面三个约束条件

1. 结构体第一个成员的地址和结构体的首地址相同
2. 结构体每个成员的地址偏移需要满足：N大于等于该成员的大小，那么该成员的地址偏移需满足默认对齐方式（地址偏移是其成员大小的整数倍）；Ｎ小于该成员的大小，那么该成员的地址偏移是N的整数倍。
3. 结构体总的大小需要是N的整数倍，如果不是需要在结构体的末尾进行填充。
4. 如果N大于结构体成员中最大成员的大小，则N不起作用，仍然按照默认方式对齐。

说明

1. 在使用#pragma pack设定对齐方式一定要是2的整数幂，也就是（1，2，4，8，16，...），不然不起作用的，仍然按照默认方式对齐。
2. 当结构体中有其他的结构体作为成员时，计算最大成员是不能把结构体成员作为一个整体来计算，要看其每个成员的大小。

示例

默认对齐方式

#include <iostream>
// #pragma pack(2)
struct s1
{
    int i1;
    char c1;
    double d1;
};
struct s2
{
    char c2;
    s1 s11;
};
using namespace std;
int main()
{
    cout << offsetof(s2, s11) << endl; // 8
    cout << sizeof(s1) << endl; // 16
    cout << sizeof(s2) << endl; // 24
    return 0;
}

指定对齐方式

#include <iostream>
#pragma pack(2)
struct s1
{
    int i1;
    char c1;
    double d1;
};
struct s2
{
    char c2;
    s1 s11;
};
using namespace std;
int main()
{
    cout << offsetof(s2, s11) << endl; // 2
    cout << sizeof(s1) << endl; // 14
    cout << sizeof(s2) << endl; // 16
    return 0;
}