C/C++中编译器命令#pragma pack 之我见

C/C++中编译器命令#pragma pack 之我见

  关于结构体对齐的具体含义，以前一直只知其然，而不知其所以然。今天终于搞清楚了，先记录下来，作为我的第一篇博客。

 

  以下代码的环境是window xp +vs2008。

 

  先上代码：

#pragma pack(4)struct A{ char ch; int len;};union B{short x;double y;};struct C{char cc1;// [0]char cc2;// [1]char cc3;// [3] struct A a;// [4]~[11]union B b;// [12]~[19]char cc4; // [20] // 空占位[21]~[23]};#pragma pack()#pragma pack(8)struct C2{ char cc;// [0] char cc2;// [1] char cc3;// [2] double a;// [8]~[15] double b;// [16]~[23] char cc4;// [24] // 空占位[25]~[31]};#pragma pack()

 

 

以上代码中Sizeof(C1) = 24；Sizeof(C2) = 32；

 

 

  1.为什么要对齐：

   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。  
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。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，而如果存放在奇地址开始的地方，就可能会需要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int数据。显然在读取效率上下降很多。这也是空间和时间的博弈。  
对齐的实现  
通常，我们写程序的时候，不需要考虑对齐问题。编译器会替我们选择时候目标平台的对齐策略。当然，我们也可以通知给编译器传递预编译指令而改变对指定数据的对齐方法。  
但是，正因为我们一般不需要关心这个问题，所以因为编辑器对数据存放做了对齐，而我们不了解的话，常常会对一些问题感到迷惑。最常见的就是struct数据结构的sizeof结果，出乎意料。为此，我们需要对对齐算法所了解。

 

  2.#pragma pack规定的对齐长度，实际使用的规则是：
  结构，联合，或者类的数据成员，第一个放在偏移为0的地方，以后每个数据成员的对齐，按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行。也就是说，当#pragma pack的值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个值的大小将不产生任何效果。

 

  3.对齐的真正含义：

   是指代码中定义的结构体，在内存中存储的首地址所在的位置。或者说是该结构体在内存中的偏移位置。

   打个比方说：结构体中有一个类型站n个字节(前提是#pragma pack(8))

           a.当n>8，那么上一个内存+最小的偏移位置 % 8 必须 = 0。

           b.当n<8，那么上一个内存+最小的偏移位置 % n 必须 = 0。

   在这里这个最小的偏移位置>=1。

  4.分析上面代码中的注释

    第一段：

              #pragma pack(4)struct A{ char ch; int len;};union B{short x;double y;};struct C{char cc1;// [0]char cc2;// [1]char cc3;// [3] struct A a;// [4]~[11]union B b;// [12]~[19]char cc4; // [20] // 空占位[21]~[23]};#pragma pack() 

 

                     cc1存储在第一块内存中，他的上一块内存在逻辑中不存在，那么它必定是从0(这个数字代表序号，以下同样)开始。

                     cc2的上一块内存为0，那么0+1 = 1，它从1开始。因为char类型的大小为1，所以它占据序号为1的内存，并且1<4,所以验证1%1=0成立。

                     cc3同理cc2.

                     a的上一块内存为3，那么3+1 = 4，它从4开始。因为struct A大小为8，所以它占据从第4一直到第11块内存，并且8>4,所以验证4%4=0成立。

                     b同理a.

                     cc4同理cc2和cc3。

                     到cc4为止，现在的内存长度是21（注意不是20！！！），21是不能够被4整除。所以后面多出来3个空占位。

 

 

          第二段

               #pragma pack(8)struct C2{ char cc;// [0] char cc2;// [1] char cc3;// [2] double a;// [8]~[15] double b;// [16]~[23] char cc4;// [24] // 空占位[25]~[31]};#pragma pack()

                        cc~cc3同第一段逻辑。

                        a的上一块内存为2，那么2+1=3，它从3开始。因为double大小为8，8=8,但是验证3%8=0是不成立的，继续推导...直到发现2+6=8，它从8开始，占据8到15的内存，才验证8%8=0成立。所以它的内存地址为8-15。

                        b同理a得到占据16到23的内存。

                        cc4同理第一段逻辑中的cc4

                        到cc4为止，现在的内存长度是25，25是不能够被8整除，所以后面多出来7个空占位。

 

 

如果以上有什么地方理解不正确，请指出，不甚感激。