struct的成员对齐

Intel、微软等公司曾经出过一道面试题：
#include <iostream.h>#pragma pack(8)struct example1{ short a; long b;};struct example2{ char c; struct 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

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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.对于前面问题的解答

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。