关于struct对齐问题

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:
 1 自然对界
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;
};
其结果显然为12。
2 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。而当n 为2
时,其发挥了作用,使得sizeof(naturalalign)的结果为6。
3 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;
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。
内存对齐是指为了提高处理器读写数据的效率,将结构体或的成员按照一定规则进行排列,使得每个成员的起始地址的偏移量都是该成员型所占字节的整数倍。这样可以确保处理器可以一次读取或写入多个字节数据,提高访问速度。 在设计结构体时,我们既要满足对齐要求,又要节省空间,可以采取以下几种方式: 1. 调整成员顺序:将占用空间小的成员尽量集中在一起,这样可以减少空隙的产生。例如,可以将char型的成员放在一起,再将int型的成员放在一起,这样可以减少空隙的大小。 2. 使用编译器的对齐指令:可以使用编译器提供的对齐指令,如#pragma pack(n),将变量以n字节方式对齐。通过设置合适的n值,可以实现更灵活的对齐方式。需要注意的是,结构体的总大小仍然要为占用空间最大的成员变量的倍数。 3. 调整编译器的默认对齐数:有些编译器允许修改默认的对齐数,可以通过修改编译器的默认对齐数来影响结构体的对齐方式。 总之,通过调整成员顺序,使用编译器的对齐指令或修改编译器的默认对齐数,我们可以在满足对齐要求的前提下尽量节省空间。<span class="em">1</span><span class="em">2</span><span class="em">3</span> #### 引用[.reference_title] - *1* *2* [struct结构体的内存对齐](https://blog.youkuaiyun.com/chirrupy_hamal/article/details/102634695)[target="_blank" data-report-click={"spm":"1018.2226.3001.9630","extra":{"utm_source":"vip_chatgpt_common_search_pc_result","utm_medium":"distribute.pc_search_result.none-task-cask-2~all~insert_cask~default-1-null.142^v93^chatsearchT3_2"}}] [.reference_item style="max-width: 50%"] - *3* [关于struct的内存对齐问题](https://blog.youkuaiyun.com/element137/article/details/69075284)[target="_blank" data-report-click={"spm":"1018.2226.3001.9630","extra":{"utm_source":"vip_chatgpt_common_search_pc_result","utm_medium":"distribute.pc_search_result.none-task-cask-2~all~insert_cask~default-1-null.142^v93^chatsearchT3_2"}}] [.reference_item style="max-width: 50%"] [ .reference_list ]
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