结构体成员对齐详解-优快云博客

struct的成员对齐

Intel、微软等公司曾经出过一道类似的面试题：

#include <iostream.h>

#pragma pack(8)

struct example1

{

short a;

long b;

};

struct example2

{

char c;

example1 struct1;

short e;

};

#pragma pack()

int main(int argc, char* argv[])

{

example2 struct2;

cout << sizeof(example1) << endl;

cout << sizeof(example2) << endl;

cout << (unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2) << endl;

return 0;

}

问程序的输入结果是什么？

答案是：

不明白？还是不明白？下面一一道来：

自然对界(natural alignment)

struct 是一种复合数据类型，其构成元素既可以是基本数据类型（如int、long、float 等）的变量，也可以是一些复合数据类型（如array、struct、union 等）的数据单元。对于结构体，编译器会自动进行成员变量的对齐，以提高运算效率。缺省情况下，编译器为结构体的每个成员按其自然对界（natural 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。

自然对界(natural alignment)即默认对齐方式，是指按结构体的成员中size最大的成员对齐。

例如：

struct naturalalign

{

char a;

short b;

char c;

};

在上述结构体中，size 最大的是short，其长度为2 字节，因而结构体中的char 成员a、c 都以2 为单位对齐，sizeof(naturalalign)的结果等于6；

如果改为：

struct naturalalign

{

char a;

int b;

char c;

};

在上述结构体中，size 最大的是int，其长度为4 字节，因而结构体中的char 成员a、c 都以4 为单位对齐，sizeof(naturalalign)的结果显然为12。

指定对界

一般地，可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件：

· 使用伪指令#pragma pack (n)，编译器将按照n 个字节对齐；

· 使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐方式。

注意：如果#pragma pack (n)中指定的n 大于结构体中最大成员的size，则其不起作用，结构体仍然按照size 最大的成员进行对界。

例如：

#pragma pack (n)

struct naturalalign

{

char a;

int b;

char c;

};

#pragma pack ()

当n为4、8、16 时，其对齐方式均一样，sizeof(naturalalign)的结果都等于12。当n为2时，其发挥了作用，使得sizeof(naturalalign)的结果为8。

在VC++ 6.0 编译器中，我们可以指定其对界方式（见图1），其操作方式为依次选择projetct ->settings…-> C/C++选项卡，在Category选择Code Generation后，在struct member alignment 中指定你要的对界方式。

图1 在VC++ 6.0 中指定对界方式

另外，通过__attribute((aligned (n)))也可以让所作用的结构体成员对齐在n 字节边界上，但是它较少被使用，因而不作详细讲解。

下面给个小例子：

struct NaturalAlignment

{

char a;

int b;

char c;

};

#pragma pack(2)

struct SpecifyAlignment

{

char a;

int b;

char c;

};

int main()

{

struct NaturalAlignment na;

struct SpecifyAlignment sa;

int sizen,sizes;

sizen=sizeof(na);

sizes=sizeof(sa);

printf("size of struct na is %d/n",sizen);

printf("size of struct sa is %d/n",sizes);

}

//输出：

//size of struct na is 12 (4+4+4)

//size of struct sa is 8 (2+4+2) 注意：不是2+2+2，因为size最大的成员不用对齐

面试题的解答

至此，我们可以对Intel、微软的面试题进行全面的解答。

程序中第2 行#pragma pack (8)虽然指定了对界为8，但是由于struct example1 中的成员最大size 为4（long 变量size 为4），故struct example1 仍然按4 字节对界，struct example1 的size为8，即第18 行的输出结果；

struct example2 中包含了struct example1，其本身包含的简单数据成员的最大size 为2（short变量e），但是因为其包含了struct example1，而struct example1 中的最大成员size 为4，struct example2 也应以4 对界，#pragma pack (8)中指定的对界对struct example2 也不起作用，故19 行的输出结果为16(4+8+4)；