结构体位对齐

一 位域

有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有0和1 两种状态， 用一位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，C语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几 个不同的区域， 并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。

一、位域的定义和位域变量的说明位域定义与结构定义相仿，其形式为：

struct 位域结构名

{ 位域列表 };

其中位域列表的形式为： 类型说明符 位域名：位域长度

例如：

struct bs

{

int a:8;

int b:2;

int c:6;

};

位域变量的说明与结构变量说明的方式相同。 可采用先定义后说明，同时定义说明或者直接说明这三种方式。例如：

struct bs

{

int a:8;

int b:2;

int c:6;

}data;

说明data为bs变量，共占两个字节。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。对于位域的定义尚有以下几点说明：

1. 一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个成员变量类型。如一个成员变量所剩空间不够存放另一位域时，应从下一成员变量起存放该位域。也可以有意使某位域从下一成员变量开始。例如：

struct bs

{

unsigned a:4

unsigned :0 /*空域*/

unsigned b:4 /*从下一成员变量开始存放*/

unsigned c:4

}

在这个位域定义中，a占第一字节的4位，后4位填0表示不使用，b从第二字节开始，占用4位，c占用4位。

2. 位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如：

struct k

{

int a:1

int :2 /*该2位不能使用*/

int b:3

int c:2

};

从以上分析可以看出，位域在本质上就是一种结构类型， 不过其成员是按二进位分配的。

二、位域的使用

位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为： 位域变量名·位域名 位域允许用各种格式输出。

main(){

struct bs

{

unsigned a:1;

unsigned b:3;

unsigned c:4;

} bit,*pbit;

bit.a=1;

bit.b=7;

bit.c=15;

printf("%d,%d,%d ",bit.a,bit.b,bit.c);

pbit=&bit;

pbit->a=0;

pbit->b&=3;

pbit->c|=1;

printf("%d,%d,%d ",pbit->a,pbit->b,pbit->c);

}

上例程序中定义了位域结构bs，三个位域为a,b,c。说明了bs类型的变量bit和指向bs类型的指针变量pbit。这表示位域也是可以使用指针的。

程序的9、10、11三行分别给三个位域赋值。( 应注意赋值不能超过该位域的允许范围)程序第12行以整型量格式输出三个域的内容。第13行把位域变量bit的地址送给指针变量pbit。第14行用指针 方式给位域a重新赋值，赋为0。第15行使用了复合的位运算符"&="， 该行相当于： pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值为7，与3作按位与运算的结果为3(111&011=011,十进制值为 3)。同样，程序第16行中使用了复合位运算"|="， 相当于： pbit->c=pbit->c|1其结果为15。程序第17行用指针方式输出了这三个域的值。

为了节省空间，可以把几个数据压缩到少数的几个类型空间上，比如需要表示二个3位二进制的数，一个2位二进制的数，则可以用一个8位的字符表示之。

使用位域的主要目的是压缩存储，其大致规则为：

1)  如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的sizeof大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止；

2)  如果相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的sizeof大小，则后面的字段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍；

3)  如果相邻的位域字段的类型不同，则各编译器的具体实现有差异，VC6采取不压缩方式，Dev-C++采取压缩方式；

4)  如果位域字段之间穿插着非位域字段，则不进行压缩；

5)  整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。

int main(int argc, char* argv[])
{
    struct bs
    {
        int a:1;
        int b:5;
        int c:29;
        int d:6;
        char e:2;
        char f:6;
    };
    
    struct s
    {
        int a;
        int b;
        int c;
        int d;
        char e;
        char f;
    };
    cout<<sizeof(bs)<<" "<<sizeof(s)<<endl;//<<" "<<sizeof(s2)<<endl;

    printf("press any key exit ");
    getch();
    return 0;
}

输出：16  20

二 结构体对齐

#pragma pack(n)
数据边界对齐方式:
以如下结构为例: struct {
                     char a;
                     WORD b;
                     DWORD c;
                     char d;
                    }
在Windows默认结构大小: sizeof(struct) = 4+4+4+4=16;
与#pragma pack(4)一样
若设为 #pragma pack(1), 则结构大小: sizeof(struct) = 1+2+4+1=8;
若设为 #pragma pack(2), 则结构大小: sizeof(struct) = 2+2+4+2=10;
在#pragma pack(1)时:空间是节省了,但访问速度降低了;

例：

#pragma pack(8)

struct s1{
   short a;
   long b;
};

struct s2{
      char c;
      s1 d;
     long long e;
};

问
1.sizeof(s2) = ?
2.s2的c后面空了几个字节接着是d?

结果如下：

sizeof(s2)=24;s2的c后面空了3个字节接着d.

成员对齐有一个重要的条件,即每个成员分别对齐.即每个成员按自己的方式对齐.也就是说上面虽然指定了按8字节对齐,但并不是所有的成员都是以8字节对齐.其对齐的规则是,每个成员按其类型的对齐参数(通常是这个类型的大小)和指定对齐参数(这里是8字节)中较小的一个对齐.并且结构的长度必须为所用过的所有对齐参数的整数倍,不够就补空字节.
S1中,成员a是2字节默认按2字节对齐,指定对齐参数为8,这两个值中取2,a按2字节对齐;成员b是4个字节,默认是按4字节对齐,这时就按4字节对齐,所以sizeof(S1)应该为8;
S2 中,c按1字节对齐,而d 是个结构,它是8个字节,它按什么对齐呢?对于结构来说,它的默认对齐方式就是它的所有成员使用的对齐参数中最大的一个,S1的就是4.所以,成员d就是 按4字节对齐.成员e是8个字节,它是默认按8字节对齐,和指定的一样,所以它对到8字节的边界上,这时,已经使用了12个字节了,所以又添加了4个字节 的空,从第16个字节开始放置成员e.这时,长度为24,已经可以被8(成员e按8字节对齐)整除.这样,一共使用了24个字节.

转自：http://www.cnblogs.com/xiangzi011/archive/2011/02/21/1959482.html