C和C++ 结构体 对齐方式 大小

C语言和C++结构体上的区别

1. 首先C语言的结构体不能为空，而对于C++来讲结构体可以是空的（里面没有成员变量以及成员函数）。

struct Example{
	int data; // 成员变量
	void Print() // 成员函数
	{
		cout << data << '\n;
	}
}；

当结构体为空的时候，因为C++会让每一个不同的变量都有一个专属的地址，所以会让这个结构体占一个字节。

2. 然后对于C语言来讲，结构体里面只能有成员变量，不能有成员函数。而C++既可以有成员变量也可以有成员函数。

结构体的对齐方式和大小的计算

首先说几个函数：

• sizeof() 可以返回数据的长度，单位是字节。
• alignas() 可以指定结构体的对齐方式，单位同样是字节。
• alignof() 可以返回结构体的对齐方式，单位是字节。

   为什么要对齐呢？内存、CPU高速缓存、寄存器等等底层储存硬件，他们访问的方式可不是一次一个字节，而是一次一组（可能有很多个字节），这么做的目的主要是为了访问的效率。
然后看下面的代码：

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

struct Example
{
    uint8_t a;
    uint32_t b;
    uint8_t c;
} E;

int main(int argc, char *argv[])
{
    cout << "Size of Example: " << sizeof(Example) << '\n';
    cout << "Alignment of Example: " << alignof(Example) << '\n';
    cout << "Address of E.a: " << static_cast<void *>(&E.a) << '\n'; // 返回一个地址
    cout << "Address of E.b: " << static_cast<void *>(&E.b) << '\n';
    cout << "Address of E.c: " << static_cast<void *>(&E.c) << '\n';
    return 0;
}

   按道理来讲，上面这个结构体他的大小应该是 $1+4+1=6$ 个字节，但是实际上，他会默认根据结构体里面最长的那个数据长度进行对齐。即除了最后一个以外，其他所有的变量他们对于这个结构体的偏移量都应该是对齐长度的倍数。
   例如上面的代码，在我电脑运行的结果是：

   首先变量a作为第一个变量，相对于结构体的偏移量为0，占用一个字节，然后就是三个填充字节，这样使得变量b的偏移量为4（对齐长度）的倍数，最后就是变量c了，占用一个字节，但是为了使得整个结构体的大小同样为4的倍数，所以会在最后面再次添加三个填充字节，所以总共是12个字节。
  然后换个代码再看看：

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

struct Example
{
    uint32_t a;
    uint8_t b;
    uint8_t c;
} E;

int main(int argc, char *argv[])
{
    cout << "Size of Example: " << sizeof(Example) << '\n';
    cout << "Alignment of Example: " << alignof(Example) << '\n';
    cout << "Address of E.a: " << static_cast<void *>(&E.a) << '\n';
    cout << "Address of E.b: " << static_cast<void *>(&E.b) << '\n';
    cout << "Address of E.c: " << static_cast<void *>(&E.c) << '\n';
    return 0;
}

运行结果：

  首先可以确认这个结构体里的三个变量最长是4个字节，所以对齐的长度为4。首先第一个变量a占用四个字节，偏移量为0，然后第二个变量b偏移量是4，占用一个字节，在此之前不需要多余的填充，然后因为变量c是最后一个变量，所以直接占用一个字节，偏移量为5。目前总共是6个字节，但是为了让总大小是4的倍数，所以再加两个填充字节，使得总长度是8。

   除此之外，也可以使用 #pragma pack() 来减少填充。

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

#pragma pack(1)
struct Example
{
    uint8_t a;
    uint32_t b;
    uint8_t c;
} E;

int main(int argc, char *argv[])
{
    cout << "Size of Example: " << sizeof(Example) << '\n';
    cout << "Alignment of Example: " << alignof(Example) << '\n';
    cout << "Address of E.a: " << static_cast<void *>(&E.a) << '\n';
    cout << "Address of E.b: " << static_cast<void *>(&E.b) << '\n';
    cout << "Address of E.c: " << static_cast<void *>(&E.c) << '\n';
    return 0;
}

运行结果：

   因为多了一句#pragma pack(1)，所以这个时候，对齐的长度就是1。变量a偏移量为0，占用一个字节。然后下一个变量b，他的偏移量是1，是1的倍数，所以就不需要填充字节了，然后让变量b占用四个字节，变量c是最后一个变量，直接占用一个字节。因为大小已经是1的倍数了，所以最后也不需要填充字节。

结构体里面的成员函数

  结构体里面的成员函数实际上是不影响结构体的大小的，他们不会储存额外的信息。但是当结构体里面有一个虚函数的时候，就有可能会多一个指向虚函数表的指针，具体大小一般是4或者8个字节（应该是取决于系统的位数吧，这我不清楚，有没有大佬说下）。
代码：

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

#pragma pack(1)
struct Example
{
    uint8_t a;
    uint32_t b;
    uint8_t c;
    int solve()
    {
        // 假设这里有东西
        return 0;
    }
} E;

int main(int argc, char *argv[])
{
    cout << "Size of Example: " << sizeof(Example) << '\n';
    cout << "Alignment of Example: " << alignof(Example) << '\n';
    cout << "Address of E.a: " << static_cast<void *>(&E.a) << '\n';
    cout << "Address of E.b: " << static_cast<void *>(&E.b) << '\n';
    cout << "Address of E.c: " << static_cast<void *>(&E.c) << '\n';
    return 0;
}

运行结果：