C语言中结构体对齐方式的问题

最新推荐文章于 2022-09-04 21:28:14 发布

原创最新推荐文章于 2022-09-04 21:28:14 发布 · 547 阅读

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本文详细解释了C语言中结构体的对齐方式及其影响，包括默认对齐、使用#pragma pack指令自定义对齐，并通过实例展示了不同对齐设置下结构体成员的布局和结构体的大小变化。

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最近项目要和服务器通信，采用自定义的协议，而本人有只会结构体定义和位域的方法，导致有些问题解决不了。综合网上各位

大神的指教才解决。主要就是对齐方式的问题吧。以前也没怎么用到过，现在既然遇到就记录下来吧。

在结构中，编译器为结构的每个成员按其自然对界（alignment）条件分配空间；各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同。在缺省情况下，C编译器为每一个变量或是数据单元按其自然对界条件分配空间。例如，下面的结构各成员空间分配情况。

struct tagTest {
char x1;
short x2;
float x3;
char x4;
};

结构的第一个成员x1，其偏移地址为0，占据了第1个字节。第二个成员x2为short类型，其起始地址必须2字节对界，因此，编译器在x2和x1之间填充了一个空字节。结构的第三个成员x3和第四个成员x4恰好落在其自然对界地址上，在它们前面不需要额外的填充字节。在test结构中，成员x3要求4字节对界，是该结构所有成员中要求的最大对界单元，因而test结构的自然对界条件为4字节，编译器在成员x4后面填充了3个空字节。整个结构所占据空间为12字节。

编译器中提供了#pragma pack(n)来设定变量以n字节对齐方式。n字节对齐就是说变量存放的起始地址的偏移量有两种情况：第一、如果n大于等于该变量所占用的字节数，那么偏移量必须满足默认的对齐方式，第二、如果n小于该变量的类型所占用的字节数，那么偏移量为n的倍数，不用满足默认的对齐方式。结构的总大小也有个约束条件，分下面两种情况：如果n大于所有成员变量类型所占用的字节数，那么结构的总大小必须为占用空间最大的变量占用的空间数的倍数；否则必须为n的倍数。

下面举例说明其用法。

#pragma pack(push) //保存对齐状态

#pragma pack(4)//设定为4字节对齐

struct test

{

char m1;

double m4;

int m3;

};

#pragma pack(pop)//恢复对齐状态

以上结构体的大小为16，下面分析其存储情况，首先为m1分配空间，其偏移量为0，满足我们自己设定的对齐方式（4字节对齐），m1大小为1个字节。接着开始为m4分配空间，这时其偏移量为1，需要补足3个字节，这样使偏移量满足为n=4的倍数（因为sizeof(double)大于4）,m4占用8个字节。接着为m3分配空间，这时其偏移量为12，满足为4的倍数，m3占用4个字节。这时已经为所有成员变量分配了空间，共分配了16个字节，满足为n的倍数。如果把上面的#pragma pack(4)改为#pragma pack(8)，那么我们可以得到结构的大小为24。

下面这段代码是由 zhao4zhong1 赵4老师提供的，研究后大概就会明白的。

#include <stdio.h>
#define field_offset(s,f) (int)(&(((struct s *)(0))->f))
struct AD  { int a; char b[13]; double c;};
#pragma pack(push)
#pragma pack(1)
struct A1  { int a; char b[13]; double c;};
#pragma pack(2)
struct A2  { int a; char b[13]; double c;};
#pragma pack(4)
struct A4  { int a; char b[13]; double c;};
#pragma pack(8)
struct A8  { int a; char b[13]; double c;};
#pragma pack(16)
struct A16 { int a; char b[13]; double c;};
#pragma pack(pop)
int main() {
    printf("AD.a %d\n",field_offset(AD,a));
    printf("AD.b %d\n",field_offset(AD,b));
    printf("AD.c %d\n",field_offset(AD,c));
    printf("AD sizeof %d\n", sizeof(AD));
    printf("\n");
    printf("A1.a %d\n",field_offset(A1,a));
    printf("A1.b %d\n",field_offset(A1,b));
    printf("A1.c %d\n",field_offset(A1,c));
    printf("A1 sizeof %d\n", sizeof(A1));
    printf("\n");
    printf("A2.a %d\n",field_offset(A2,a));
    printf("A2.b %d\n",field_offset(A2,b));
    printf("A2.c %d\n",field_offset(A2,c));
    printf("A2 sizeof %d\n", sizeof(A2));
    printf("\n");
    printf("A4.a %d\n",field_offset(A4,a));
    printf("A4.b %d\n",field_offset(A4,b));
    printf("A4.c %d\n",field_offset(A4,c));
    printf("A4 sizeof %d\n", sizeof(A4));
    printf("\n");
    printf("A8.a %d\n",field_offset(A8,a));
    printf("A8.b %d\n",field_offset(A8,b));
    printf("A8.c %d\n",field_offset(A8,c));
    printf("A8 sizeof %d\n", sizeof(A8));
    printf("\n");
    printf("A16.a %d\n",field_offset(A16,a));
    printf("A16.b %d\n",field_offset(A16,b));
    printf("A16.c %d\n",field_offset(A16,c));
    printf("A16 sizeof %d\n", sizeof(A16));
    printf("\n");
    return 0;
}
//AD.a 0
//AD.b 4
//AD.c 24
//AD sizeof 32
//
//A1.a 0
//A1.b 4
//A1.c 17
//A1 sizeof 25
//
//A2.a 0
//A2.b 4
//A2.c 18
//A2 sizeof 26
//
//A4.a 0
//A4.b 4
//A4.c 20
//A4 sizeof 28
//
//A8.a 0
//A8.b 4
//A8.c 24
//A8 sizeof 32
//
//A16.a 0
//A16.b 4
//A16.c 24
//A16 sizeof 32
//

好咯，第一篇博客就这样咯~感谢优快云上各位大神提供的资料啊，受益匪浅啊，加入优快云没多久，以后有啥就写写博客吧，不喜勿喷~~~O(∩_∩)O