C语言中字节对齐的几种方式

最新推荐文章于 2025-06-23 11:03:44 发布

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分类专栏： C语言调试经验文章标签： c语言开发语言

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前言

C语言调试笔记，C语言中字节对齐的几种方式记录一下

字节对齐是指数据存储时按照一定的规则在内存中排列，使得数据的访问效率更高

一、自然对齐（默认对齐方式）

1.原理：

自然对齐是编译器默认的对齐方式。在这种方式下，数据类型按照其自身的长度进行对齐存储。

例如，char类型（通常为 1 字节）可以从任意地址开始存储，因为它的长度就是 1 字节；

short类型（通常为 2 字节）的存储地址是 2 的倍数；

int类型（通常为 4 字节）的存储地址是 4 的倍数；

double类型（通常为 8 字节）的存储地址是 8 的倍数等。

2.举例：

#include <stdio.h>
struct NaturalAlignment {
    char c;   // 1字节，地址可以是任意位置
    int i;    // 4字节，会自动对齐到4的倍数地址
    short s;  // 2字节，因为前面的int已经是4字节对齐，所以这里也自然对齐
};
int main() {
    struct NaturalAlignment na;
    printf("Size of struct NaturalAlignment: %ld\n", sizeof(na));
    // 输出结果通常为1 + (3 padding) + 4 + 2 = 10字节
    // 其中3字节是为了让int能从4的倍数地址开始存储而填充的字节
    return 0;
}

注意！ 某些编译器可能执行结果是12，这跟32位和64位系统中机器字长有关。但是我们验证的是此种对齐方式

二、预处理指令

1.原理：

#pragma pack(n) 是一种预处理指令，用于指定结构体或联合体成员的对齐方式。

其中n表示对齐字节数，编译器会按照这个指定的字节数来对齐成员。

它会尽量按照不超过n字节的边界来对齐成员，但如果成员本身长度大于n，则按照成员自身长度对齐

2.举例

代码如下（示例）：

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)  // 指定按1字节对齐
struct PackedAlignment1 {
    char c;
    int i;
    short s;
};
#pragma pack()   // 恢复默认对齐方式
#pragma pack(2)  // 指定按2字节对齐
struct PackedAlignment2 {
    char c;
    int i;
    short s;
};
#pragma pack()   // 恢复默认对齐方式
int main() {
    struct PackedAlignment1 pa1;
    struct PackedAlignment2 pa2;
    printf("Size of struct PackedAlignment1: %ld\n", sizeof(pa1));
    // 输出结果为1 + 4 + 2 = 7字节，因为按1字节对齐，没有填充字节
    printf("Size of struct PackedAlignment2: %ld\n", sizeof(pa2));
    // 输出结果为1 + (1 padding) + 4 + 2 = 8字节
    // 因为按2字节对齐，char后填充1字节使int能从2的倍数地址开始存储
    return 0;
}

三、编译器一种属性语法

1.原理

这是 GCC 编译器提供的一种属性语法，用于指定变量或类型的对齐字节数。

它主要用于对结构体、联合体或者变量强制指定对齐方式，n为对齐字节数。

当用于结构体时，整个结构体的大小会是n的倍数。

2.举例

#include <stdio.h>
struct AlignedAttribute {
    char c;
    int i;
    short s;
}__attribute__((aligned(4)));  // 指定结构体按4字节对齐
int main() {
    struct AlignedAttribute aa;
    printf("Size of struct AlignedAttribute: %ld\n", sizeof(aa));
    // 输出结果为4 + 4 + 4 = 12字节
    // 因为按4字节对齐，char后填充3字节，short后填充2字节
    // 使整个结构体大小是4的倍数
    return 0;
}