C结构体对齐

因为我看C++对象模型的时候，遇到了几个内存布局都是有关于对齐的一些细节，故此对结构体对齐再做一份小结，有人说：结构体对齐这个东西是依赖于编译器的，因此不用去研究，真的嘛？

 

也许是，也许不是，要看你是做那个行业的了，如果你是做系统地层，网络通讯，嵌入式系统的，一个字节的节省，也许对你是很大的期望呢。虽然具体的对齐方式是因编译器而异，但是对齐的基本原理是不变的，那个原理也许能指导我们编写程序的时候按照某个原则去进行。

 

不过，既然你用到了C或者C++，就多数是和系统底层有缘之人了，你说是嘛？呵呵。

 

现在先说在windows x86 32位机子下的MS vs2005编译器（就是：cl.exe for x86）下的对齐规则：

 

比如以下的结构体定义：

 

struct A

{

    int i;

    double d;

    char c;

};

 

问sizeof（struct A）在vs2005的大小？

 

现在说一下cl.exe（就是微软vs2005的编译器进程）在默认情况下是怎么做的：

 

1、对齐量的确定：找到A中最大的基本类型成员的大小，在本例中是8（double的大小）.

 

2、当定义一个结构体变量struct A aA; 的时候，aA的起始地址要被由1确定的对齐量整除，在这个例子里，aA的起始地址一定要能被8整除）

 

2、然后开始分配int i，4字节的空间；再分配double d；注意double 是8字节，所以要分配在被8整除的地方，因此int  i后面空了4字节填充；

 

3、然后，分配char c；1字节，这个时候struct A的大小是4（这是int i；的） + 4 （这是填充的） + 8（这是double d；的） + 1 （这是char c；的）= 17；

 

4、最后，要求结构体总的大小要能被由1确定的对齐量整除，在这里是说struct A的大小要能被8整除，所以还要加上7字节的填充字符，一共是24字节。

 

从这里可以看出，vs2005的编译器的结构体填充有这样的规则（默认情况下，这个默认情况可以通过工程属性上面的选项修改）：

 

1、对齐量的确定：结构体中最大的数据成员的字节数

 

2、当定义一个结构体变量的时候，起始地址一定能被确定的对齐量整除；

 

2、分配每一个成员的时候，该成员相对于起始地址的偏移（offset）要能被该成员的大小整除；

 

3、结构体总的大小能被确定的对齐量整除；

 

 

 

扩充的字节叫做pad（填充字节）

 

 

下面看linux g++ 3.4.3编译器在x86 的32位机子下的默认规则，那相对简单一些：（相当于VS2005中将对齐情况改成4字节对齐）

 

对齐的方式默认是4字节，所以每个成员都按照4字节方式对齐即可。上面的结构体的大小就是:

 

4 (int i;的大小） + 8（double 的大小） + 1（char 的大小） + 3 （为了4字节填充而补充的字节） = 16字节；

 

至于gcc的结构体变量的首地址分配的特征一时也找不到，还望各位多多指教。谢谢。

 

最后，如果定义一个没有任何成员的结构体，struct A{}; 该大小是多少呢？是1字节。如果定义了两个结构体变量struct A a1, a2; 1字节的填充能够使a1和a2的地址区分开来！

 

还有其他的编译器和操作系统就不是我所能知的了。

 

那么，这些规则也许不尽相同，但是给了我们一个编程时候的注意点，就是：

 

定义结构体的时候，成员最好能从大到小来定义，那样能相对的省空间。（至少不会比别的顺序差，一般情况下哈。）

 

比如以上的结构体,如果能这样定义：

 

struct A

{

    double d;

    int i;

    char c;

};

 

那么，无论是windows下的vs2005，还是linux下的gcc，都是16字节。

 

对齐情况还可以通过各个编译器给出的特性在代码中改，不过我没用过，就没有发言权，各位又需要可以参考别的文章。

 

以上的过程和推论是我看别的文章和上机试验的结果，如有不对之处，请各位指教，谢谢。

 

 

再说一点，对于有嵌套的情况，vs2005下的对齐我也不大确定，不过我的分析如下：

 

struct A

{

    char c;

    double d;

    int i;

};

 

struct B

{

    struct  A a;

    char c;

};

 

这种情况下，分析B的大小；

 

1、对齐量的确定：包括A中的各成员比较的，递归下去，比较各个基本类型成员的大小，去最大值，为8（double的大小）；

 

2、起始地址和上面的一样，要求B的变量的其实地址能被8整除；

 

3、关于B中struct A a；的偏移和大小和将a单独作为结构体变量的时候一样（那样方便赋值运算）

 

剩下的和上面的规则相同；

 

所以：B的大小就是24（struct A）+ 1（char） +７（pad) = 32字节；

 

不知正确与否？还请诸位评判。