struct的成员对齐

 
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:
8
16
4
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intlongfloat 等)的变量,也可以是一些复合数据类型(如arraystructunion 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ac 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ac 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 ()
       n4816 时,其对齐方式均一样,sizeof(naturalalign)的结果都等于12         n2时,其发挥了作用,使得sizeof(naturalalign)的结果为8
       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。
1 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 #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 4long 变量size 4),故struct example1 仍然按4 字节对界,struct example1 size8,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 2short变量e),但是因为其包含了struct example1,而struct example1 中的最大成员size 4struct 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)
       由于struct example2 中的成员以4 为单位对界,故其char 变量c 后应补充3 个空,其后才是成员struct1 的内存空间,20 行的输出结果为4
       文章来源《嵌入式C/C++语言精华
 
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