C语言字节对齐

来源：互联网发布：美工助理英文编辑：程序博客网时间：2024/04/25 18:10

字节对齐

随着半导体技术的发展，我们经历8bit、16bit、32bit乃至64bit的CPU，我们产品当前大多使用32bit CPU

从内存存取效率来说，4字节对齐的存取速度是最快的，非对齐情况下，CPU需要分解成两次32bit操作；

缺省情况下，编译器自动对数据结构进行四字节对齐，以提高程序执行的效率，在特殊情况下，可以通过预编译指定指定数据结构为1字节对齐或者其他；

对于Power PC/Intel系列CPU，在非四字节对齐情况下，由CPU自动完成两次操作，对上层应用透明；对于MIPS CPU，则需要通过编译选项进行干预，或者调整数据结果避免出现这种情况，否则会产生例外；

字节对齐对数据结构的尺寸（sizeof）直接产生影响

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　　#pragma pack(4)
　　class TestB
　　{
　　public:
　　　　int aa;
　　　　char a;
　　　　short b;
　　　　char c;
　　};
　　int nSize = sizeof(TestB);
　　这里nSize结果为12，在预料之中。

　　现在去掉第一个成员变量为如下代码：
　　#pragma pack(4)
　　class TestC
　　{
　　public:
　　　　char a;
　　　　short b;
　　　　char c;
　　};
　　int nSize = sizeof(TestC);
　　按照正常的填充方式nSize的结果应该是8，为什么结果显示nSize为6呢？

具体解释
#pragma pack(4)
　　class TestB
　　{
　　public:
　　　　int aa; //第一个成员，放在[0,3]偏移的位置，
　　　　char a; //第二个成员，自身长为1，#pragma pack(4),取小值，也就是1，所以这个成员按一字节对齐，放在偏移[4]的位置。
　　　　short b; //第三个成员，自身长2，#pragma pack(4)，取2，按2字节对齐，所以放在偏移[6,7]的位置。
　　　　char c; //第四个，自身长为1，放在[8]的位置。
　　};
这个类实际占据的内存空间是9字节
类之间的对齐，是按照类内部最大的成员的长度，和#pragma pack规定的值之中较小的一个对齐的。
所以这个例子中，类之间对齐的长度是min(sizeof(int),4)，也就是4。
9按照4字节圆整的结果是12，所以sizeof(TestB)是12。

如果
#pragma pack(2)
class TestB
　　{
　　public:
　　　　int aa; //第一个成员，放在[0,3]偏移的位置，
　　　　char a; //第二个成员，自身长为1，#pragma pack(4),取小值，也就是1，所以这个成员按一字节对齐，放在偏移[4]的位置。
　　　　short b; //第三个成员，自身长2，#pragma pack(4)，取2，按2字节对齐，所以放在偏移[6,7]的位置。
　　　　char c; //第四个，自身长为1，放在[8]的位置。
　　};
//可以看出，上面的位置完全没有变化，只是类之间改为按2字节对齐，9按2圆整的结果是10。
//所以 sizeof(TestB)是10。

最后看题：
现在去掉第一个成员变量为如下代码：
　　#pragma pack(4)
　　class TestC
　　{
　　public:
　　　　char a;//第一个成员，放在[0]偏移的位置，
　　　　short b;//第二个成员，自身长2，#pragma pack(4)，取2，按2字节对齐，所以放在偏移[2,3]的位置。
　　　　char c;//第三个，自身长为1，放在[4]的位置。
　　};
//整个类的大小是5字节，按照min(sizeof(short),4)字节对齐，也就是2字节对齐，结果是6
//所以sizeof(TestC)是6。

#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。
而结构整体的对齐，则按照结构体中最大的数据成员和 #pragma pack指定值之间，较小的那个进行。
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struct   bbb
    {
        long   num;
        char   *pcname;
        short   sdate;
        char   cha[2];
        short   sba[6];
    }*p;
p=0x100000;
p+0x1=0x____?
(unsigned   long)p+0x1=0x___?
(unsigned   long*)p+0x1=0x___?
(char*)p+0x1=0x___?
p   =   0x1000000;   //p 是一个指针类型的结构体
p+0x01   =   0x100000   +   sizeof(struct bbb)
(unsigned   long)p   +   0x1   =   0x1000001   ;   //p是一个unsigned   long类型的变量，只需要相加
(unsigned   long*)p   +   0x1   =   0x1000000   +   sizeof(unsigned   long)   =   0x1000004
(char*)p   +   0x1   =   0x1000000   +   sizeof(char)   =   0x1000001

对指针进行算术运算，是按指针所指向的结构体所占大小进行运算的
对指针进行强制转换成整型后，就只按其算术值进行计算
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struct tagAAA
{   unsigned char ucId:1;
    unsigned char ucPara0:2;
    unsigned char ucState:6;
    unsigned char ucTail:4;
    unsigned char ucAvail;
    unsigned char ucTail2:4;
    unsigned long ulData;
}AAA_S;
问：AAA_S在字节对齐分别为1、4的情况下，占用的空间大小是多少？
答案：9 12

a、1字节对齐：
struct tagAAA
{
    unsigned char ucId:1;
    unsigned char ucPara0:2;－－－－占用1个char

unsigned char ucState:6;－－－－占用1个char

unsigned char ucTail:4;－－－－占用1个char

unsigned char ucAvail;－－－－占用1个char

unsigned char ucTail2:4;－－－－占用1个char

unsigned long ulData;－－－－占用4个char
}AAA_S;

所以是9

b、4字节对齐：
struct tagAAA
{
    unsigned char ucId:1;
    unsigned char ucPara0:2;－－－－占用1个char

unsigned char ucState:6;－－－－占用1个char

unsigned char ucTail:4;－－－－占用1个char

unsigned char ucAvail;－－－－占用1个char
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

unsigned char ucTail2:4;－－－－占用1个char
这里会补充3个char
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

unsigned long ulData;－－－－占用4个char
}AAA_S;
所以是12

在VC下面运行，由于没有强制制定对齐模式，默认就是4字节对齐，所以是12