sizeof(struct)对齐方式

本文探讨了结构体在默认情况下的对齐原则,包括成员变量的自然对齐以及编译器如何在成员间添加填充字节以确保效率。同时,介绍了使用`#pragma pack(N)`来指定对齐方式,详细阐述了指定对齐方式下结构体成员的地址偏移和结构总大小的约束条件。通过对不同情况的分析,帮助理解结构体内存布局和优化策略。

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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,已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)条方式分配存储空间,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,在cl编译器下可以使用

#pragma pack(n)

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)。
特别注意和理解第二条,判断大小的时候最好划出图。

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时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。
最后俩条可以简化下即:

在有#progma pack(n)参数的情况,各子项的对齐系数为min(自己长度,n);

struct 整体的对其系数为子项对齐系数最大值

最后总结下,

默认对齐时,每个元素的距离首地址的偏移量,必须是该元素大小的倍数,struct整体大小必须是内部元素最大元素大小的倍数。

在progma pack(n)的情况下,各个元素距离首地址的偏移量min(本元素大小,n),struct整体大小必须是min(内部最大元素大小,n)的倍数。

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