结构体与字节对齐

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在结构体的定义中，经常遇到字节对齐的问题，尤其是在网络程序中。

一、什么是字节对齐？

在计算一个结构体的sizeof值时，并不是简单了计算结构体各成员的大小的和，而应考虑到各成员间和整个结构体的字节对齐问题。

如
struct S
{
  char ch;
  int i;
  short j;
};

sizeof(struct s)的结果并不是1+4+2=7，而是1+3+4+2+2=12， 其中的3和第二个2就是填充字节的大小。

二、为什么要字节对齐？

提高CPU读写内存的效率，从而提升系统性能。

 

三、默认对齐原则

默认的对齐原则为:
1) 结构体的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除；
2) 结构体成员相对结构体的偏移量必须是成员类型大小的整数倍，否则进行填充直至是整数倍;

3) 结构体的大小必须为最大基本类型成员的大小的整数倍，否则在最后一个成员后进行填充，直至是整数倍。

以前面的struct S结构体为例
成员ch，char型，偏移量为0，默认对齐大小为1；
成员i, int型，偏移量为1，默认对齐大小为4, 1 % 4 不等于0，则进行填充，这里需要填充3个字节(填充的是随机值)
成员j, short int型， 偏移量为8，默认对齐大小为2， 8 % 2 等于0。 但此时整个结构体大小为1+3+4+2=10，不是4的整数倍。所以，需要在j的后面填充2个字节。

四、更改默认对齐

#pragma pack(n) // 设置n个字节对齐

#pragma pack()  //取消n个字节对齐

 

当使用pragma pack指定对齐字节大小，每个成员确定对齐大小时，取成员类型大小和指定对齐大小的较小值(若默认对齐大小被改变，则只须考虑按指定对齐字节对齐)。

 

测试1:

#pragma pack(2)
struct S
{
  char ch;
  int i;
  short j;
};
#pragma pack()

则sizeof(struct S) = 1+1+4+2 = 8

 

测试2:

#pragma pack(2)
struct S
{
  char ch;
  int i;
};
#pragma pack()

则sizeof(struct S) = 1+1+4 = 6

 

五、策略

在定义结构体时，应注意字节对齐的问题，特别是在网络应用程序中。因此，定义结构体时，应按成员类型大小从小到的顺序定义，如果实在有填充字节，可将填充字节部分定义为reserved字段。