字节对齐

在C语言中，结构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（如数组，结构，联合等）的数据单元。在结构中，编译器为结构的每个成员按其自然对界条件分配空间。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。

例如：下面的结构个成员空间分配情况：

struct test

{

char x1;  //起始地址是offerset = 0；存放位置区间[0]

short x2; //起始地址是offerset = 2；存放位置区间[2,3]

float x3; //起始地址是offerset = 4；存放位置区间[4,7]

char x4; //起始地址是offerset = 8；存放位置区间[8]

};

结构的第一个成员x1，其偏移地址为0，占据了第1个字节。第二个成员x2为short类型，其起始地址必须2字节对齐，因此，编译器在x2和x1之间填充了一个空字节。结构的第三个成员x3的起始地址要按4字节对界（是该结构所有成员中要求的最大对界单元，则结构体的自然对界条件是4字节），x4的起始地址按1字节对齐。

可以知道，结构体成员实际大小为9个字节。但是结构体也要按自然对界条件来对齐，它的对界条件是4字节，所以，9必须要调整，直到为4的整数倍，即为12，故这个结构体的大小为12字节。

更改C编译器的缺省字节对齐方式

在缺省情况下，C编译器为每一个变量或是数据单元按其自然对界条件分配空间。一般的，也可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件：

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

b）   使用伪指令#pragma pack()，取消自定义字节对齐方式

另外，还有如下一种方式：（这种方式用于GNU C编译器，使用较少，windows不支持）

a）    __attribute((aligned(n)))，让所作用的结构成员对齐在n字节自然边界上。如果结构中有成员的长度大于n，则按照最大成员的长度来对齐。

b）    __attribute__((packed))，取消结构在编译过程中的优化对齐，按照实际占用字节数进行对齐。

以上的n = 1,2,4,8,16…且第一种方式较为常见。

Intel和微软公司同时出现的一道面试题：

#pragma pack(8)

struct s1

{

short a;

long b;

}

struct s2

{

char c;

s1 d;    d按s1类型对齐，s1按4字节(long型)对齐

long long e;

}

#pragma pack()

问：1.sizeof(s2) = ？2.s2的c后面空了几个字节接着是d？

提示：关于对齐规则的介绍，在前一篇《自然对界》中有详细讲解，以下分析是基于前一篇之上的。

分析：由#pragma pack(8)可知，编译器设定的对齐字节为8字节。

首先看结构体s1，，其中有两个成员a和b，a为short型，其自然对界是2字节，相比编辑器的8字节，取小者，即2字节，故a的起始地址为offerset = 0，存放位置区间是[0,1]；b为long型，其自然对界是4字节，小于8字节，取小者，即4字节，故b的起始地址为offerset = 4，存放区间是[4,7]；所以s1结构体的实际大小为8个字节（从第0字节到第7字节）。

然后看结构体s2，其中三个成员c，d和e，且d为s1结构体类型，同样我们按相同规则进行分析，c的自然对界是1字节，小于8字节，取小者，即1字节，故c的起始地址为offerset = 0，存放区间是[0]；d的自然对界为4字节（特别要注意，结构体的自然对界是其中最长的成员所占字节大小），也是小于8字节，取小者，即4字节，故d的起始地址为offerset = 4，存放区间是[4,12]（直接把结构体搬移过来，结构体占8个字节）;e的自然对界是8个字节，等于编译器设定的8，所以取8字节，故e的起始地址为offerset = 16（前面已经占用12个字节，这里起始地址要满足8的整数倍）,存放区间是[16 ,24]。从而，第1问结果出来了，sizeof(s2) = 24。第二问结果也知道了，空了4个字节。

归纳三点：

1.       每个成员分别按自己的方式对齐，并能最小化长度

2.       复杂类型（如结构）的默认对齐方式是它最长的成员的对齐方式，这样在成员是复杂类型时，可以最小化长度

3.       对齐后的长度必须是成员中最大的对齐参数的整数倍，这样在处理数组时可以保证每一项都边界对齐。

补充一下，对于数组，比如：

char a[3]；这种，它的对齐方式和分别写3个char是一样的。也就是说它还是按1个字节对齐。如果写成：typedef char array[3]；那么array这种类型的对齐方式还是按1个字节对齐，而不是按它的长度。

不论类型是什么，对齐的边界一定是1,2,4,8,16,32,64…中的一个。