细说 #pragma pack(n)

最新推荐文章于 2024-02-29 19:48:36 发布
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分类专栏： Linux 文章标签： 编译器 alignment struct float 面试 c
本文详细解析了C语言中结构体的对齐规则及如何通过编译器伪指令调整对齐方式，包括自然对齐、指定对齐参数等概念，并通过具体例子展示了不同对齐方式下结构体成员的内存布局。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

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（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。

例如，下面的结构各成员空间分配情况：
struct test
{
     char x1;
     short x2;
     float x3;
     char x4;
};

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 对界，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和第四个成员x4恰好落在其自然对界地址上，在它们前面不需要额外的填充字 节。在test结构中，成员x3要求4字节对界，是该结构所有成员中要求的最大对界单元，因而test结构的自然对界条件为4字节，编译器在成员x4后面 填充了3个空字节。整个结构所占据空间为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)，C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。

另外，还有如下的一种方式：
     · __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。
     · __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... 第一种方式较为常见。

( via http://blog.youkuaiyun.com/wenddy112/articles/300583.aspx )

下面有一道在 优快云论坛 上讨论火热的题：

Intel和微软和本公司同时出现的面试题

#pragma pack(8)

struct s1{
short a;
long b;
};

struct s2{
char c;
s1 d;
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?

结果如下：

sizeof(S2)结果为24.
成员对齐有一个重要的条件,即每个成员分别对齐.即每个成员按自己的方式对齐.
也就是说上面虽然指定了按8字节对齐,但并不是所有的成员都是以8字节对齐.其对齐的规则是,每个成员按其类型的对齐参数(通常是这个类型的大小)和指定对齐参数(这里是8字节)中较小的一个对齐.并且结构的长度必须为所用过的所有对齐参数的整数倍,不够就补空字节.
S1中,成员a是1字节默认按1字节对齐,指定对齐参数为8,这两个值中取1,a按1字节对齐;成员b是4个字节,默认是按4字节对齐,这时就按4字节对齐,所以sizeof(S1)应该为8;
S2 中,c和S1中的a一样,按1字节对齐,而d 是个结构,它是8个字节,它按什么对齐呢?对于结构来说,它的默认对齐方式就是它的所有成员使用的对齐参数中最大的一个,S1的就是4.所以,成员d就是 按4字节对齐.成员e是8个字节,它是默认按8字节对齐,和指定的一样,所以它对到8字节的边界上,这时,已经使用了12个字节了,所以又添加了4个字节 的空,从第16个字节开始放置成员e.这时,长度为24,已经可以被8(成员e按8字节对齐)整除.这样,一共使用了24个字节.
                          a    b
S1的内存布局：11**,1111,
                          c    S1.a S1.b     d
S2的内存布局：1***,11**,1111,****11111111

这里有三点很重要:
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: typedef char Array3[3];
Array3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.

测试的编译器：

GCC 2.95 3.1 3.3 3.4 4.0
MS C/C++ 7.0 7.1 8.0 beta
Borland C/C++ 5.6 6.0
Intel C/C++ 7.0 8.0 8.1
DigitalMars C/C++ 8.4
OpenWatcom 1.3
Codeplay C/C++ 2.1.7

C++ #pragma pack(n)
希望我的博客，能帮上你解决学习中工作中所遇到的问题
01-21 579
设定结构体、联合以及类成员变量以 n 字节方式对齐 #pragma pack(n) 使用 #pragma pack(push) // 保存对齐状态 #pragma pack(4) // 设定为 4 字节对齐 struct test { char m1; double m4; int m3; }; #pragma pack(pop) // 恢复对齐状态 typedef struct { unsigned char prior; /* 优先级 */ }__attr
#Pragma Pack(n)与内存分配
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#pragma pack(n) 解释一： 每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过预编译命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16来改变这一系数，其中的n就是你要指定的“对齐系数”。 　　规则： 　　1、数据成员对齐规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，
#pragma pack(n)
豆子
04-02 155
#pragma pack(n) typedef struct _Wave_Header { #pragma pack(1) char riff_id[4]; //"RIFF" int32_...
细说C++中字节的对齐方式
不带这样的专栏
05-26 6319
C++中字节的对齐方式可以采用编译器默认的字节对齐方式， 也可以采用自定义的对齐方式。 编译器默认字节对齐方式 1、结构体中每个成员分别按自己的方式对齐（注：对于数组如int a[3], 其对齐字节为sizeof(int)） 2、复杂类型(包含结构体成员)的默认对齐方式是它最长的成员的对齐方式，这样的成员是复杂类型时,以其最长的成员的对齐方式对齐。 3、对齐后的长度必须是该类型的对齐字节数的整数倍。
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零、注记 本文是一次讨论的流水账，旨在讲明原理就行了，行文大家不要抱太大的希望。 另外，特别重要的是，本文是基于hotspot来讨论的，不同的java虚拟机是有不同的，这一点，一定要注意。 一、什么是对象的内存布局 简单一句话：对象实例在jvm堆内存中存放的结构。就是随便实例化一个对象new Object()，他在堆内存里面是怎么放置的。 看下面这个jol工具给出的java.mat...
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给自己的学习总结帖-c语言基础啊 学好c语言走遍天下都不怕 ~~whaosoft aiot http://143ai.com ​
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浅谈C语言的字节对齐 #pragma pack(n)2
08-31
下面小编就为大家带来一篇浅谈C语言的字节对齐 #pragma pack(n)2。小编觉得挺不错的现在就分享给大家，也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧
#pragma pack(n) 和 #pragma pack(push,1)
看了比懂王还懂
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原帖未表明转载出处 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（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。 例如，下面的结构各成
结构体的字节对齐
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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（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。 例如，下面的结构各成员空间分配情况： struct te
#pragma pack(n)解析
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原理简析：     现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。     各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。其他平台可能没有
#pragma pack (n)使用详解
m0_50668851的博客
08-26 2207
在缺省情况下，编译器为了让程序跑得跟快，减少CPU读取数据的指令周期，对结构体的存储进行了优化， 比如：如下结构体 struct s { char ch; int i; }; 虽然变量ch本身只有1个字节，但实际上却占用掉了4个字节，为的是让第二个int型成员i的地址能够被4整除。因此实际占用的是8个字节，sizeof(s) = 8。 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)，C编译器将按照n个字节对齐。 使用伪指令#pragma pack.
#pragma pack(push) #pragma pack(1) #pragma anon_unions#pragma pack(pop)
最新发布
05-14
### 关于 `#pragma pack` 和 `#pragma anon_unions` 的用法详解 #### 1. `#pragma pack` 的作用 `#pragma pack` 是一种编译器指令，用于控制结构体成员之间的内存对齐方式。默认情况下，C/C++ 编译器会对结构体中的成员变量进行字节对齐优化，以提高访问速度。然而，在某些场景下（如嵌入式开发或网络通信），需要精确控制结构体的布局，此时可以使用 `#pragma pack`。 - **语法**: ```c #pragma pack(n) ``` 其中 `n` 表示指定的对齐单位，通常为 1、2、4 或 8 字节。设置后，结构体会按照该对齐方式进行排列。 - **具体功能**: - 当前文件范围内的所有后续定义都会受到此 pragma 影响。 - 如果希望仅影响特定部分代码，则可配合 `push` 和 `pop` 使用[^1]。 #### 2. `#pragma pack(push/pop)` 的作用 为了防止全局修改对齐方式的影响，可以通过 `push` 和 `pop` 来保存和恢复之前的对齐状态： - **语法**: ```c #pragma pack(push, n) // 将当前对齐方式压栈并设置新的对齐方式 ... #pragma pack(pop) // 恢复之前保存的对齐方式 ``` - **实际应用案例**: 下面是一个典型的例子，展示如何通过 `pack(push/pop)` 控制结构体内存布局： ```c #pragma pack(push, 1) // 设置对齐方式为 1 字节并对旧状态进行保存 typedef struct { char a; int b; short c; } PackedStruct; #pragma pack(pop) // 恢复原来的对齐方式 ``` 在这个例子中，`PackedStruct` 中的字段不会因为默认对齐而增加额外填充字节，从而节省空间。 #### 3. `#pragma anon_unions` 的作用 `#pragma anon_unions` 用于启用或禁用 C 结构体中的匿名联合体支持。匿名联合体允许直接访问联合体内部的成员，而不必显式指明联合体名称。 - **默认行为**: 默认情况下，许多编译器会关闭匿名联合体的支持，除非明确开启它。 - **语法**: ```c #pragma anon_unions // 启用匿名联合体支持 #pragma no_anon_unions // 禁用匿名联合体支持 (通常是默认值)[^2] ``` - **实际应用场景**: 假设有一个包含匿名联合体的结构体： ```c #pragma anon_unions // 开启匿名联合体支持 typedef struct { union { float fValue; int iValue; }; } AnonymousUnionExample; AnonymousUnionExample example; example.fValue = 3.14f; // 可以直接访问联合体成员 printf("%d\n", example.iValue); ``` 这种写法简化了代码逻辑，尤其适用于硬件寄存器映射等场合[^2]。 --- ### 总结 - `#pragma pack` 主要用来调整结构体成员间的内存对齐策略，减少不必要的填充字节。 - `#pragma pack(push/pop)` 提供了一种局部化的方式管理对齐选项，避免污染整个程序环境。 - `#pragma anon_unions` 则提供了更灵活的方式来处理匿名联合体，使得复杂的数据结构更加简洁易读。 以上工具在嵌入式系统编程以及跨平台兼容性设计中有广泛应用价值。 ```python def align_memory(size, alignment=4): """计算按指定边界对齐后的大小""" return ((size + alignment - 1) // alignment) * alignment ```
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