《[2017年整理]C语言结构体的字节对齐及指定对齐方式》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[2017年整理]C语言结构体的字节对齐及指定对齐方式（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、内存中结构体的内存对齐一、字节对齐作用和原因：对齐的作用和原因：各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。比如有些架构的 CPU 在访问一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误，那么在这种架构下编程必须保证字节对齐，其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个 int 型（假设为 32 位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出这 32bit，而如果存放在奇地址开始的地方，就需要 2 个读周期，并对两次读出的结果的
2、高低字节进行拼凑才能得到该 32bit 数据，显然在读取效率上下降很多。二、字节对齐规则：四个重要的概念：1数据类型自身的对齐值：对于 char 型的数据，其自身对齐值为 1，对于 short 型为 2，对于 int，float，double 类型，其自身对齐值为 4 个字节。2结构体或者类的自身对齐值：其成员中自身对齐值最大的那个值。3指定对齐值：#pragma pack (value)时指定的对齐 value。4数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中小的那个值。补充：1).每个成员分别按自己的方式对齐,并能最小化长度。2).复杂类型(如结构)的默认对齐方式是它最长的成员
3、的对齐方式,这样在成员是复杂类型时,可以最小化长度。3).对齐后的长度必须是成员中最大的对齐参数的整数倍,这样在处理数组时可以保证每一项都边界对齐。#pragma pack(1) struct test static int a; /static var double m4; char m1; int m3; #pragma pack() /sizeof(test)=13; Class test1 ; /sizeof(test1)=1; /* 注明： 1、结构或者类中的静态成员不对结构或者类的大小产生影响，因为静态变量的存储位置与结构或者类的实例地址无关； 2、没有成员变量的结构或类的大小为
4、1，因为必须保证结构或类的每一个实例在内存中都有唯一的地址。*/ #pragma pack(1) struct test static int a; /static var double m4; char m1; int m3; #pragma pack() /sizeof(test)=13; Class test1 ; /sizeof(test1)=1; /* 注明：1、结构或者类中的静态成员不对结构或者类的大小产生影响，因为静态变量的存储位置与结构或者类的实例地址无关；2、没有成员变量的结构或类的大小为 1，因为必须保证结构或类的每一个实例在内存中都有唯一的地址。*/ 示例：/分析下面的例
5、子 C： / #pragma pack (2) /*指定按 2 字节对齐*/ struct C char b; int a; short c; ; #pragma pack () /恢复对齐状态 /* 第一个变量 b 的自身对齐值为 1，指定对齐值为 2，所以，其有效对齐值为 1，假设 C 从0x0000 开始，那么 b 存放在 0x0000，符合 0x0000%1 = 0； 第二个变量，自身对齐值为 4，指定对齐值为 2，所以有效对齐值为 2，所以顺序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005 四个连续的字节空间中，符合 0x0002%2=0。 第三个变量 c 的自身对齐值
6、为 2，所以有效对齐值为 2，顺序在 0x0006、0x0007 中，符合0x0006%2=0。 所以从 0x0000 到 0x0007 共八字节存放的是 struct C 的变量。又 struct C 的自身对齐值为 4，所以 struct C 的有效对齐值为 2。 又 8%2=0，struct C 只占用 0x0000 到 0x0007 的八个字节。所以 sizeof(struct C)=8。 如果把上面的#pragma pack(2)改为#pragma pack(4)，那么我们可以得到结构的大小为12。 */ /再看下面这个例子 / #pragma pack(8) struct S1 c
7、har a; long b; ; struct S2 char c; struct S1 d; long long e; ; #pragma pack() sizeof(S2)结果为 24. /* S1 中: 成员 a 是 1 字节默认按 1 字节对齐,指定对齐参数为 8,这两个值中取 1,a 按 1 字节对齐; 成员 b 是 4 个字节,默认是按 4 字节对齐,这时就按 4 字节对齐,所以 sizeof(S1)应该为 8; S2 中: c 和 S1 中的 a 一样,按 1 字节对齐, d 是个结构,它是 8 个字节,它按什么对齐呢?对于结构来说,它的默认对齐方式就是它的所有成员使用的对齐参数
8、中最大的一个,S1 的就是 4.所以,成员 d 就是按 4 字节对齐. 成员 e 是 8 个字节,它是默认按 8 字节对齐,和指定的一样,所以它对到 8 字节的边界上,这时,已经使用了 12 个字节了,所以又添加了 4 个字节的空,从第 16 个字节开始放置成员 e；长度为 24,已经可以被 8(成员 e 按 8 字节对齐)整除.一共使用了 24 个字节. a b S1 的内存布局：11*,1111, c S1.a S1.b d S2 的内存布局：1*,11*,1111,*11111111 */ /再看下面这个例子 / #pragma pack(8) struct S1 char a; lon
9、g b; ; struct S2 char c; struct S1 d; long long e; ; #pragma pack() sizeof(S2)结果为 24. /*S1 中:成员 a 是 1 字节默认按 1 字节对齐,指定对齐参数为 8,这两个值中取 1,a 按 1 字节对齐;成员 b 是 4 个字节,默认是按 4 字节对齐,这时就按 4 字节对齐,所以 sizeof(S1)应该为 8;S2 中:c 和 S1 中的 a 一样,按 1 字节对齐,d 是个结构,它是 8 个字节,它按什么对齐呢?对于结构来说,它的默认对齐方式就是它的所有成员使用的对齐参数中最大的一个,S1 的就是 4.
10、所以,成员 d 就是按 4 字节对齐.成员 e 是 8 个字节,它是默认按 8 字节对齐,和指定的一样,所以它对到 8 字节的边界上,这时,已经使用了 12 个字节了,所以又添加了 4 个字节的空,从第 16 个字节开始放置成员 e；长度为 24,已经可以被 8(成员 e 按 8 字节对齐)整除.一共使用了 24 个字节.a bS1 的内存布局：11*,1111,c S1.a S1.b dS2 的内存布局：1*,11*,1111,*11111111*/ 三、针对字节对齐，我们在编程中如何考虑？如果在编程的时候要考虑节约空间的话，那么我们只需要假定结构的首地址是 0， 然后各个变量按照上面的原则
11、进行排列即可，基本的原则就是把结构中的变量按照类型大小从小到大声明，尽量减少中间的填补空间。还有一种就是为了以空间换取时间的效率，我们显示的进行填补空间进行对齐，比如：有一种使用空间换时间做法是显式的插入reserved 成员：struct Achar a;char reserved3; /使用空间换时间int b;reserved 成员对我们的程序没有什么意义，它只是起到填补空间以达到字节对齐的目的，当然即使不加这个成员通常编译器也会给我们自动填补对齐，我们自己加上它只是起到显示的提醒作用。四、字节对齐可能带来的隐患代码中关于对齐的隐患，很多是隐式的。比如在强制类型转换的时候。例如：unsi
12、gned int i = 0x12345678;unsigned char *p = NULL;unsigned short *p1 = NULL;p=&i;*p=0x00;p1=(unsigned short*)(p+1);*p1=0x0000;最后两行代码，从奇数边界去访问 unsigned short 型变量，显然不符合对齐的规定。在 X86 上，类似的操作只会影响效率，但是在 MIPS 或者 sparc 上，可能就是一个 error，因为它们要求字节必须对齐。五、如何查找与字节对齐方面的问题如果出现对齐或者赋值问题首先查看1编译器设置的对齐值2看这种体系本身是否支持非对齐访问3如果支持看设置了对齐与否，如果没有则看访问时需要加某些特殊的修饰来标志其特殊访问操作
