C/C++中的struct字节对齐问题

字节对齐问题在面试笔试中经常碰到，自己也在这里经常碰到坑，今天索性把这方面搞清楚，记录自己这方面的学习过程。

大端小端法

机器的大端小端问题一直是一个常考的点，并且struct的内存布局问题和这个大端小端有很大关系，这里先看下机器的大端小端问题：
下面通过一张图来说明问题，假如一个变量int x的值为0x12345678，当在不同的机器上存储顺序是不同的

可以看到，大端机器上低地址存储的是高位，小端则恰恰相反。用一个C语言程序来测试你的机器是大端还是小端的好的方式如下：

show_bytes()
{
    int x = 0x12345678;
    unsigned char *p = (unsigned char*)&x;
    int i = 0;
    for(i = 0; i < sizeof(int);i++)
    {
        printf("%.2x",p[i]);
    }
    printf("\n");
}

这段代码可以看出当前系统是大端还是小端，在我的机器上显示的是78563412，因此我的电脑是小端模式。

struct 与union的对齐规则

• struct或者union的数据成员对齐规则：第一个放在offset位置为0处，从第二个开始，该元素与前一个元素之间的填充是由该元素字长与#pragma pack(k)（k=1,2,4,8,16)中的k之间的小者来决定。如果本身为两者之间的小者的整数倍，则不进行填充。即除去第一个元素，其余的元素的开始位置是由两者之间的小者的整数倍来决定的
• 整体填充完毕后，该struct整体大小是由pack(k)指定的k与数据元素里面最大字长之间的小者决定。
  下面举几个例子来说明字节对齐遵循的规则

#pragma pack(k）//k=1,2,4,8,16
    struct S4 {
        char x1;
        double x2;
        short x3;
        float x4;
        char x5;
    };
  cout<< sizeof(S4) << endl; 

可以打印k分别等于1，2，4，8,16时S4的占用的大小空间，可以得到的结果分别为

16
18
24
32
32 //和k为8的结果相同

k为1的时候，此时不进行对齐，因此为所有变量的字长之和。下面从k为2的时候开始分析
- k = 2 时，第一个元素从offset为0的地址开始，第二个元素是double占8个字节，和当前k=2对比，2较小，又因为第一个元素是char，只占用一个字节，因此第二个元素和第一个元素之间需要达到2的倍数，需要填充1个字节；再看x3，x3占用2字节和k=2相等，而x1和x2已经占用了10字节，为2的倍数，因此x3和x2之间不填充字节；再看x4，占用4字节，比k=2大，而前三个元素已经12字节，为2的倍数，因此不需要填充。最后一个元素也不用填充。整体为18字节。整体18个字节，是2的倍数，因此最后一个元素不需要填充。下面是内存布局图：

其它的情况和这个类似，可以对比着画出来。