C++结构体计算小结

在阅读前，我要提出一个问题：存储变量时地址为什么要使用对齐。问的详细点，为什么要将各种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？

一、原则

由于存储变量时地址对齐的要求，编译器在编译程序时会遵循两条原则：

1. 结构体变量中成员的偏移量必须是成员大小的整数倍（0被认为是任何数的整数倍）

2. 结构体大小必须是所有成员大小的整数倍

一、几个基本概念

• 数据类型自身的对齐值
  说明：数据类型的自身长度。如short c占2个字节，c的对齐值为2。

• 结构体或类的自身对齐值
  说明：其成员中自身对齐值最大的那个值。示例中a的对齐值最大，所以结构体stu的自身对齐值为4。
  示例：
  struct stu
  {
  char b;
  int a;
  short c;
  };

• 指定对齐值
  说明：#pragram pack(value)时指定对齐值value

• 数据成员、结构体和类的有效对齐值
  说明：自身对齐值和指定对齐值中最小的那个值

二、计算方法

1、没有指定对齐值

示例：struct stu{    char b;    int a;    short c;};

序号 变量类型 自身对齐值 指定对齐值 有效对齐值 存储范围 1 char b 1 - 1 0x0000~0x0001 2 int a 4 - 4 0x0004~0x0007 3 short c 2 - 2 0x0008~0x0009

结论：最终求得结构体大小为10，但据“原则2：结构体大小必须是所有成员大小的整数倍”，也就是变量类型中最大的自身对齐值的整数倍，即4的整数倍，所以要调整为12。

技巧：
第n 行的首地址%第n行的有效对齐值 = {第n-1行的首地址 + 第n-1行的自身对齐值 + x（x>=0）} % 第n行的有效对齐值 = 0

2、指定对齐值

#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/struct C{    char b;    int a;    short c;};

序号 变量类型 自身对齐值 指定对齐值 有效对齐值 存储范围 1 char b 1 2 1 0x0000~0x0001 2 int a 4 2 2 0x0002~0x0005 3 short c 2 2 2 0x0006~0x0007

结论：最终求得结构体大小为8，恰巧是最大自身对齐值4的整数倍。

技巧：
第n 行的首地址%第n行的有效对齐值 = {第n-1行的首地址 + 第n-1行的自身对齐值 + x（x>=0）} % 第n行的有效对齐值 = 0

三、总结

现在回答提出的问题，对齐的作用和原因。

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。比如有些架构的CPU在访问 一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误,那么在这种架构下编程必须保证字节对齐.其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对 数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。

比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出这32bit，而如果存放在奇地址开始的地，就需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数 据。显然在读取效率上下降很多。