Linux __attribute__((aligned(n)))和#pragma pack

字节对齐

1. 什么是字节对齐

  在C语言中，数据结构是一种复合的数据类型，其构成元素既可以是基本的数据类型（例如，int、long、char、bool等）的变量，也可以是复合数据类型（例如，数组、链表、数据结构等）的数据单元。在数据结构中，编译器为其每个成员按照正常边界进行空间分配。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中进行存储，第一个成员的地址和整个数据结构的地址相同。
  为了是CPU能够对变量进行快速的访问，变量的起始地址具有某些特性，即字节对齐。例如int，其字节长度为4字节，那么它的起始地址应该位于4字节倍数的起始地址上。

2. 字节对齐作用

  1) 字节对齐有利于cpu的快速访问；
  2) 合理利用字节对齐可以有效的节省存储空间。

C语言中字节对齐

1. __attribute__关键字

   __attribute__： 关键字__attribute__允许在定义struct、union等类型时，指定特殊属性。此关键字后面是跟双括号来进行属性说明的。__attribute__不属于标准C语言，它是GCC对C语言的扩展用法。
   __attribute__((aligned(n))): 指定了指定类型的变量的最小对齐（以字节为单位）。若数据结构中有成员的长度大于n，测按照最大成员的长度对齐。注意： 对齐属性的有效性守卫链接器（linker）限制，若链接器不支持16字节对齐，那么当配置16字节对齐的时候，它也仅仅提供链接器所支持的对齐方式。
   __attribute__((packed)): 取消编译过程中的优化对齐。

2. pragma pack

  使用伪指令#pragma pack(n)，进行字节对齐，C编译器将按照n个字节进行对齐；
  使用伪指令#pragma pack()，取消自定义字节对齐，采用自然边界条件分配空间的方式。

代码案例

#include <iostream>

using namespace std;

//#define MY_ALIGNED(n) __attribute__((aligned(n)))
#define MY_ALIGNED(n) __attribute__((aligned(n)))
#define MY_ALIGNED1  MY_ALIGNED(1)
#define MY_ALIGNED4  MY_ALIGNED(4)
#define MY_ALIGNED8  MY_ALIGNED(8)
#define MY_ALIGNED16 MY_ALIGNED(16)
#define MY_ALIGNED32 MY_ALIGNED(32)
#define MY_ALIGNED64 MY_ALIGNED(64)

//using __attribute__((aligned(8))) my_int32 = int;
typedef int my_int32 __attribute__((aligned(16)));

typedef struct {
    char a;
    float b;
    short c;
} S;
typedef struct MY_ALIGNED1 {
    char a;
    float b;
    short c;
} S_1;
typedef struct MY_ALIGNED4 {
    char a;
    float b;
    short c;
} S_4;
typedef struct MY_ALIGNED8 {
    char a;
    float b;
    //short c;
} S_8;
typedef struct MY_ALIGNED16 {
    char a;
    float b;
    short c;
}S_16;
typedef struct MY_ALIGNED32 {
    char a;
    float b;
    short c;
} S_32;
typedef struct MY_ALIGNED64 {
    char a;
    float b;
    short c;
} S_64;
#pragma pack(1)
typedef struct {
    char a;
    float b;
    short c;
} S_pack_1;
#pragma pack()
#pragma pack(2)
typedef struct {
    char a;
    float b;
    short c;
} S_pack_2;
#pragma pack()


int main(int argc, char** argv){

    cout << "S: " << sizeof(S) << endl;
    cout << "S_1: " << sizeof(S_1) << endl;
    cout << "S_4: " << sizeof(S_4) << endl;
    cout << "S_8: " << sizeof(S_8) << endl;
    cout << "S_16: " << sizeof(S_16) << endl;
    cout << "S_32: " << sizeof(S_32) << endl;
    cout << "S_64: " << sizeof(S_64) << endl;
    cout << "S_pack_1: " << sizeof(S_pack_1) << endl;
    cout << "S_pack_2: " << sizeof(S_pack_2) << endl;
    // alignof,查询数据结构对齐要求
    cout << "aligned: " << alignof(int) << ", my_int32: " << alignof(my_int32) << endl;
    return 0;
}


// 输出结果：
S: 12
S_1: 12
S_4: 12
S_8: 8
S_16: 16
S_32: 32
S_64: 64
S_pack_1: 7
S_pack_2: 8
aligned: 4, my_int32: 16

__attribute__扩展

 __attribute__机制是GNU C的一大特色，可用于设置函数属性（Function Attribute）、变量属性（Variable Attribute）和类型属性（Type Attribute）。

1. 函数属性

 函数属性参数有： aligned、alloc_size、noreturn、return_twice、(noline, noclone)、always_inline、flatten、pure、const、nothrow、sentinel、format、format_arg、no_instrument_function、(no_split_stack, section)、(constructor, destructor)、used、unused、deprecated、weak、malloc、alias、ifunc、warn_unused_result、nonnull、gnu_inline、externally_visible、hot、cold、artificial、error、warning…

2. 变量属性

 变量属性参数有： aligned、cleanup、common、nocommon、deprecated、mode、packed、section、shared、tls_model、unused、used、vector_size、selectany、weak、dllimport、dllexport…

3. 类型属性

 类型属性参数有： aligned
packed、transparent_union unused、deprecated、visibility、may_alias…