有关内存字节对齐问题的总结

    以前也折腾过这个问题，不过不如这次来的更深刻了。

    最早的资料来源是陈正冲·石虎的《C语言深度剖析》，但是看过之后还是有些模糊。xczhang的文章用了具体的例子来分析：

    http://www.cppblog.com/xczhang/archive/2007/12/23/39393.html

    他的原话是：

    “事实上，很多人对#pragma pack的理解是错误的。#pragma pack规定的对齐长度，实际使用的规则是：
    结构，联合，或者类的数据成员，第一个放在偏移为0的地方，以后每个数据成员的对齐，按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行。
    也就是说，当#pragma pack的值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个值的大小将不产生任何效果。
    而结构整体的对齐，则按照结构体中最大的数据成员 和 #pragma pack指定值 之间，较小的那个进行。”

    这里提到了3个对比的优先级：#pragma pack(n)的参数n、结构体最大成员的长度、每个成员在“摆放”位置时自己的自身的长度。

    还是用一个例子来说明吧：

struct TestStruct
{
    char a;
    long long b;
    short c;
    //int d;
    //char d;
    short d;
　　　　　//用一个默认构造函数进行初始化，便于在“内存”面板查看内存块使用情况    TestStruct::TestStruct() : a('a'), b(10L), c(2), d(3){}
};

int normal_size = sizeof(TestStruct);
printf("sizeof(TestStruct4) result is : %d\n", normal_size);

 

成员a、b、c在内存中的排列情况是：

61 cc  cc cc  cc  cc cc  cc   //成员a(char)：a???????

0a 00 00 00 00 00 00 00  //成员b(long long)：10

02 00                             //成员c(short)：2

 

解释：整个结构体最大成员为b，long long长度为8。首先放成员a：a为char型长度为1，放入[0]号位置。

         成员b长度为8，其首元素位置下标必须为8的倍数，取最小值，故将b从[8]开始摆放。

         成员c长度为2，首元素位置下标必须为2的倍数，此时最小下标为[16]，放入。

注意TestStruct最后一个成员d，当d的类型为char时，第三行排布情况为（假设d初始化为字符'd'）：

02 00 64 cc cc cc cc cc

解释：d的自身长度为1，其下标必须为1的倍数，故将其放在c的后面（下标[18]），中间不留空位，剩余部分由“空位（cc）”填充。

 

当d类型为short时，第三行排布情况为（假设d值为3）：

02 00 03 00 cc cc cc cc

解释：d自身长度为2，满足2的倍数条件的最小下标为[18]

 

当d类型为int时，第三行排布情况为（假设d值为3）：

02 00 cc cc 03 00 00 00

解释：d自身长度为4，满足2的倍数条件的最小下标为[20]。故c、d之间补两个空位（cc）

不加pragma pack(n)，三种情况结构体大小都一样，为24。

如果加了呢？这里以 pragma pack(2)，即我们以2作为对齐长度

解释：整个结构体最大成员为b，long long长度为8。首先放成员a：a为char型长度为1，放入[0]号位置。

成员b长度为8，其首元素位置下标必须为8的倍数，取最小值，故将b从[8]开始摆放。

成员c长度为2，首元素位置下标必须为2的倍数，此时最小下标为[16]，放入。

注意TestStruct最后一个成员d，当d的类型为char时，第三行排布情况为（假设d初始化为字符'd'）：

02 00 64 cc cc cc cc cc

解释：d的自身长度为1，其下标必须为1的倍数，故将其放在c的后面（下标[18]），中间不留空位，剩余部分由“空位（cc）”填充。

 

当d类型为short时，第三行排布情况为（假设d值为3）：

02 00 03 00 cc cc cc cc

解释：d自身长度为2，满足2的倍数条件的最小下标为[18]

 

当d类型为int时，第三行排布情况为（假设d值为3）：

02 00 cc cc 03 00 00 00

解释：d自身长度为4，满足2的倍数条件的最小下标为[20]。故c、d之间补两个空位（cc）

不加pragma pack(n)，三种情况结构体大小都一样，为24。

如果加了呢？这里以 pragma pack(2)，即我们以2作为对齐长：

#pragma pack(2)
struct TestStruct
{
    char a;
    long long b;
    short c;
    //int d;
    //char d;
    short d;
　　//用一个默认构造函数进行初始化，便于在“内存”面板查看内存块使用情况
    TestStruct::TestStruct() : a('a'), b(10L), c(2), d(3){}
};
#pragma pack()

int normal_size = sizeof(TestStruct);
printf("sizeof(TestStruct4) result is : %d\n", normal_size);

 

成员a、b、c在内存中的排列情况是：

61 cc     //成员a(char)：a?

0a 00

00 00

00 00

00 00  //成员b(long long)：10

02 00  //成员c(short)：2

 

解释：整个结构体最大成员为b，long long长度为8。由于加了#pragma pack(2)，2比8要小，整个结构体以2作为对齐长度。

        首先放成员a：a为char型长度为1，放入[0]号位置。

         成员b长度为8，其首元素位置下标必须为2的倍数，取最小值，故将b从[2]开始摆放。

         成员c长度为2，首元素位置下标必须为2的倍数，此时最小下标为[10]，放入。

注意TestStruct最后一个成员d，当d的类型为char时，第三行排布情况为（假设d初始化为字符'd'）：

02 00

64 cc

解释：d的自身长度为1，其下标必须为1的倍数，故将其放在c的后面（下标[12]），中间不留空位，最后一位由“空位（cc）”填充。

此时结构体大小为14 = 2+8+2+2

 

当d类型为short时，第三行排布情况为（假设d值为3）：

02 00

03 00

解释：d自身长度为2，满足2的倍数条件的最小下标为[12]，此时结构体大小为14 = 2+8+2+2

 

当d类型为int时，第三行排布情况为（假设d值为3）：

02 00

03 00

00 00

解释：d自身长度为4，满足2的倍数条件的最小下标为[12]。int内存块视作拆成两个short

此时结构体大小为：16 = 2+8+2+4

 

#pragma pack(4)和#pragma pack(8)同理，这里不做赘述