【struck学习】简化设计、数据对齐

          面对一个人的大型C/C++程序时，只看其对struct的使用情况我们就可以对其编写者的编程经验进行评估。因为一个大型的C/C++程序，势必要涉及一些(甚至大量)进行数据组合的结构体，这些结构体可以将原本意义属于一个整体的数据组合在一起。从某种程度上来说，会不会用struct，怎样用struct是区别一个开发人员是否具备丰富开发经历的标志。
一.简化设计
          经验不足的开发人员往往将所有需要传送的内容依顺序保存在char型数组中，通过指针偏移的方法传送网络报文等信息。这样做编程复杂，易出错，而且一旦控制方式及通信协议有所变化，程序就要进行非常细致的修改。一个有经验的开发者则灵活运用结构体，举一个例子，假设网络或控制协议中需要传送三种报文，其格式分别为packetA、packetB、packetC：
   
         优秀的程序设计者这样设计传送的报文：

          在进行报文传送时，直接传送struct CommuPacket一个整体。
          假设发送函数的原形如下：
         // pSendData：发送字节流的首地址，iLen：要发送的长度
         Send(char * pSendData, unsigned int  iLen);
         发送方可以直接进行如下调用发送struct CommuPacket的一个实例sendCommuPacket：
         Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
         假设接收函数的原形如下：
         // pRecvData：发送字节流的首地址，iLen：要接收的长度
         //返回值：实际接收到的字节数
         unsigned int Recv(char * pRecvData, unsigned int  iLen)；
         接收方可以直接进行如下调用将接收到的数据保存在struct CommuPacket的一个实例recvCommuPacket中：
         Recv( (char *)&recvCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
         接着判断报文类型进行相应处理：

          以上程序中最值得注意的是
          Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
          Recv( (char *)&recvCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
         中的强制类型转换：(char *)&sendCommuPacket、(char *)&recvCommuPacket，先取地址，再转化为char型指针，这样就可以直接利用处理字节流的函数。利用这种强制类型转化，我们还可以方便程序的编写，例如要对sendCommuPacket所处内存初始化为0，可以这样调用标准库函数memset()：memset((char *)&sendCommuPacket,0, sizeof(CommuPacket));
二.struct成员对齐
2.1 引子——由一道面试题引发的思考

2.2 自然对齐
          struct是一种复合数据类型，其构成元素既可以是基本数据类型（如int、long、float等）的变量，也可以是一些复合数据类型（如array、struct、union等）的数据单元。对于结构体，编译器会自动进行成员变量的对齐，以提高运算效率。缺省情况下，编译器为结构体的每个成员按其自然对齐（natural alignment）条件分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同。自然对齐(natural alignment)即默认对齐方式，是指按结构体的成员中size最大的成员对齐。
例如：
struct naturalalign
{
         char a;
         short b;
         char c;
};
在上述结构体中，size最大的是short，其长度为2字节，因而结构体中的char成员a、c都以2为单位对齐，sizeof(naturalalign)的结果等于6；
如果改为：
struct naturalalign
{
        char a;
        int b;
        char c;
};
其结果显然为12。
2.3指定对界
          一般地，可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件：
          · 使用伪指令#pragma pack (n)，编译器将按照n个字节对齐；
　　· 使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐方式。
         【注意】如果#pragma pack (n)中指定的n大于结构体中最大成员的size，则其不起作用，结构体仍然按照size最大的成员进行对界。
例如：
#pragma pack (n)
struct naturalalign
{
           char a;
           int b;
           char c;
};
#pragma pack ()
                当n为4、8、16时，其对齐方式均一样，sizeof(naturalalign)的结果都等于12。而当n为2时，其发挥了作用，使得sizeof(naturalalign)的结果为8。
                 在VC++ 6.0编译器中，我们可以指定其对界方式（见图1），其操作方式为依次选择projetct > setting > C/C++菜单，在struct member alignment中指定你要的对界方式。
                                                                                                                        
                                                                                                                                                                                    图1：在VC++ 6.0中指定对界方式
        另外，通过__attribute((aligned (n)))也可以让所作用的结构体成员对齐在n字节边界上，但是它较少被使用，因而不作详细讲解。
2.4 面试题的解答
         至此，我们可以对Intel、微软的面试题进行全面的解答。程序中第2行#pragma pack (8)虽然指定了对界为8，但是由于struct example1中的成员最大size为4（long变量size为4），故struct example1仍然按4字节对界，struct example1的size为8，即第18行的输出结果；struct example2中包含了struct example1，其本身包含的简单数据成员的最大size为2（short变量e），但是因为其包含了struct example1，而struct example1中的最大成员size为4，struct example2也应以4对界，#pragma pack (8)中指定的对界对struct example2也不起作用，故19行的输出结果为16；由于struct example2中的成员以4为单位对界，故其char变量c后应补充3个空，其后才是成员struct1的内存空间，20行的输出结果为4。
三. struct编程注意事项
          看看下面的程序：
         
         Why?我们在15行对instant2的修改改变了instant1中成员的值！原因在于13行的instant2 = instant1赋值语句采用的是变量逐个拷贝，这使得instant1和instant2中的cMember指向了同一片内存，因而对instant2的修改也是对instant1的修改。在C语言中，当结构体中存在指针型成员时，一定要注意在采用赋值语句时是否将2个实例中的指针型成员指向了同一片内存。在C++语言中，当结构体中存在指针型成员时，我们需要重写struct的拷贝构造函数并进行“=”操作符重载。

参考网址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_50c4ba340100beim.html