sizeof、pack和alignment

本文简单总结了在考虑字节对齐的前提下，计算对象size的基本规则。但本文只说结论，不讨论初衷和更深奥的原理。有兴趣的朋友可以读读这个：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa290049(VS.71).aspx

 

为方便叙述，我们先定义一个概念：“对齐要求”（Alignment Requirement），并用AR来表示，即编译器将把一个对象m对齐到AR(m)的整数倍的地址上，比如32位的int变量将被安放到某个从4的整数倍开始的内存地址上。

编译器在计算一个用户自定义类型（比如结构体、类、联合体）的size时，不仅要考虑它每个成员的size，还要考虑字节对齐的要求。基本的规则是这样的：

假如预处理指令（如VC中的“#pragma pack(n)”）或者编译器选项（比如cl的/Zp选项）指定的pack值为n：那么

（1）         对于结构体中的标量类型（scalar type）成员m，AR(m) = min(n, sizeof(m))，即AR(m)在m的size和对齐参数n之间取较小值；（标量类型指基本的字符、整数、浮点数、指针等。）

（2）         数组成员的AR跟数组中每个元素的AR相同；

（3）         整个结构体的AR取结构体中各个成员的AR的最大值；

（4）         应用以上所有规则之后，整个结构体的size还要进一步填充到结构体AR的整数倍上。

 

举个例子：（在32位VC中考虑）

#include <iostream>

using namespace std ;

 

#pragma pack(4)

 

struct A {

  char a;

  int b;

  short c;

  double d;

};

 

struct B {

  short e;

  A f[5];

  char g;

};

 

int main() {

  cout << sizeof(A) << endl;

  cout << sizeof(B) << endl;

  return 0 ;

}

首先考虑A：

（1）         由于AR(a) = min(4, sizeof(char)) = 1，不需要对齐，而且它是第一个成员，本来就该放在结构体的第0个字节上；

（2）         而AR(b) = min(4, sizeof(int)) = 4，因此它要被对齐到第4个字节上，从而占据4、5、6、7这四个字节。结果成员a之后有三个字节被“浪费”，沦为“packing bytes”；

（3）         后面AR(c) = min(4, sizeof(short)) = 2，因此它紧跟在i之后，从第8个字节开始并占据8、9两个字节，之前不需要再有填充；

（4）         后面AR(d) = min(4, sizeof(double)) = 4，因此它要被对齐到第12个字节上，并占据12~19这8个字节；而之前又有两个字节沦为“packing bytes”了；

（5）         从以上来看，四个成员所用过的最大AR为4，即AR(A) ＝ max(AR(a), AR(b), AR(c), AR(d)) = 4。而四个成员断断续续地占用了0~19这20个字节，而20正好也是4的整数倍，因此sizeof(A) = 20。

 

然后考虑B：

（1）         AR(e) = min(4, sizeof(short)) = 2，它被放在B的第0个字节上并占据0、1两个字节；

（2）         而AR(f) = AR(f[0]) = AR(A)，前面已经计算过，AR(A) = 4，所以f要从字节4开始，即e之后被packing了两个字节；然后，由于sizeof(f) = 5 * sizeof(A) = 5 * 20 = 100，所以它将占据4~103这100个字节；

（3）         之后AR(g) = min(4, sizeof(char)) = 1，它不需要对齐，直接放在第104个字节上并占据这一个字节。

（4）         AR(B) ＝ max(AR(e), AR(f), AR(g)) = 4。而三个成员占据了0~104共105个字节，但105并非4的整数倍，于是末尾需要再填充几个字节使它成为4的整数倍，即：sizeof(B) = 108。

 

综上所述，之前那个程序将输出：

20

108

 

感兴趣的朋友可以试着把开头的

#pragma pack(4)

换成

#pragma pack(8)

并重新推导一下，程序的输出将变成：

24

136

注意，pack(8)是32位VC的默认设置。另外，VC中另一个影响自定义类型的alignment和size的“__declspec(align(n))”，本文就不予讨论了。

 

顺便提一下：这些规则有兴趣的话了解一下就OK，没兴趣的话完全可以不去了解。实际的工程代码中除非必需，否则不要写出对字节对齐有依赖的代码。尤其在网络通信程序中，大多数时候都没必要。不要以为把一个结构体pack(1)一把然后直接send出去或recv进来效率就很高，网络收发的效率更大程度上取决于下层的缓冲算法，而非send/recv被调用的次数和方式。为了使程序更加可移值，还是采用在发送端构造发送缓冲，或者逐成员发送、而接收端逐成员解析的方法比较好。有些处理器不支持pack(1)的对象布局，或者支持地不好，于是轻者降低内存访问效率，重者造成错误或异常。

 

本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/steedhorse/archive/2009/09/04/4520010.aspx