C++内存对齐问题

      在C语言和C++语言中相信很多人都有使用过sizeof()，这个帖子主要偏向于交流获取class和struct的字节数时候的问题。

      我使用的是windows 7的32位OS 和 VS2010的旗舰版

      先来一些正常的

struct testS
{
	bool a;
	char b;
	short c;
	int d;

};

class testC
{
private :
	int a;
public:
	float b;
	char c;
	bool d;
	short e;
	void get(int temp)
	{
		int cc;
	}
};

int main()
{
	cout<<"sizeof(testS):"<<sizeof(testS)<<endl;
	cout<<"sizeof(testC):"<<sizeof(testC)<<endl;
	getchar();
	return 0;
}

这个时候相信大家都能想到输出的结果是

     从这里我们可以看到我们用sizeof()取struct和class的字节的时候只有他们的成员变量才算进去的，方法及其内部的变量是不算的。当然了，一个空类是默认1字节的。

     接下来我们来做一些“不正常”的

struct testS
{
	char b;
	short c;
	int d;
	bool a;
};

class testC
{
private :
	int a;
public:
	float b;
	char c;
	short e;
	bool d;
	void get(int temp)
	{
		int cc;
	}
};

int main()
{
	cout<<"sizeof(testS):"<<sizeof(testS)<<endl;
	cout<<"sizeof(testC):"<<sizeof(testC)<<endl;
	getchar();
	return 0;
}

     我们这次只是调换了一下成员变量的位置，然后我们再次运行一下查看结果。

     很奇怪的结果，这个的运行结果不是我们正常想象的结果。这是为什么呢？

     原来struct和class中为变量分配空间是以结构中最长数据元素为对齐方式的。

     例如之前我们看过的例子（class 和 struct一样我们就以struct为例）：

testS 一:

变量          分配空间(字节)          占用空间(字节)          起始地址

      bool a                  4                                  1                            1

       char b                 0                                  1                            2

        short c                0                                  2                            3

         int d                   4                                  4                            5

通过这个我们可以看到分配空间是以最高的int为主的，如果可以填充的话就填充。sizeof(testS) = 8

testS  二:

变量          分配空间(字节)          占用空间(字节)          起始地址

      char b                  4                                  1                            1

       short c                 0                                  2                            2

        int d                    4                                  4                            5

       bool a                   4                                  1                            9

比之前我们只是将变量a调换到了最后，但是整个空间分配就和之前的不一样了。sizeof(testS) = 12

通过这两次的图表对比大家可以了解是什么原因导致这个结果了吧。。

内存对齐的规则：

1、  对于结构的各个成员，第一个成员位于偏移为0的位置，以后每个数据成员的偏移量必须是min(#pragma pack()指定的数，这个数据成员的自身长度) 的倍数。

2、  在数据成员完成各自对齐之后，结构(或联合)本身也要进行对齐，对齐将按照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行对齐。

 

#pragma pack(n) 表示设置为n字节对齐。 VC6默认8字节对齐

在判断如何对齐的时候，我们可以根据偏移量和自身类型的sizeof的倍数来决定例如：

struct testS
{
	char b;
	int c;
	double d;
};

在给char b申请内存时偏移量为0，是sizeof(char)的倍数直接分配。

在给int c申请内存时偏移量为1，不是sizeof(int)的倍数所以要填充3个字节让偏移量达到4成为sizeof(int)的倍数然后为其分配内存。

在给double d申请内存时偏移量为8时sizeof(double)的倍数，直接分配。

所以最后sizeof(testS)的结果是16

struct testS
{
	int c;
	char b;
};

在testS中按照上面描述的方法进行分配内存。

分配int c时偏移量为0直接分配

分配char b时偏移量为4直接分配

那么sizeof(testS)就是5了吗?    结果显然不是的··········

这只是完成了数据成员的内存对齐，还没有做结构本身的内存对齐。按照结构本身的对齐规则来说，我们要取出所有成员和#pragma pack指定的数值中较小的一个得倍数来对齐结构。所以sizeof(testS)的结果是8

struct testS
{
	char b;
	int c;
	double d;
    public:
         virtual void fun();
};

还有一点需要注意的是当一个struct或者class中有虚函数或者纯虚函数的时候，因为编译器要为该类产生一个VTABLE和Vpoint来实现晚绑定，所以类中有一个隐藏的void *指针，这个时候testS所占的内存就不同了sizeof(testS)应该是24

#pragma pack(n) 用法

VC 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； 

#pragma pack(4)
struct testS 
{ 
char a; 
double b; 
int c; 
}; 

因为我们设置过了对齐的大小为4

在分配char a时偏移为0，直接分配

在分配double b时偏移为1，不是4的倍数，补齐3个字节分配内存

在分配int c时偏移为12，是4的倍数，直接分配

所以sizeof(testS)的结果是16