结构体对齐规则

结构体对齐 , #pragma pack(4)，结构体的长度(sizeof)

(一个没有考虑周详的位段结构体中，可能存在大量“缝隙”)

1.       对齐规则

1.        实际对齐值决定系统一次划分内存的字节数量。系统为变量分配内存时，必须先划分够变量数据类型需要的对齐空间(对齐模数，字节单位)。

2.       结构体的实际对齐值为结构体中最大的数据类型的长度A与系统规定的对齐值B两者中间较小的那个值Min(A,B)决定。如果变量的数据类型长度大于实际对齐值，为这个变量分配对齐空间时，系统连续进行多次分配以满足对齐空间的要求。

3.       完全容纳概念：

1.1   宽度比对齐空间小的变量不能分散在多个对齐空间中（注意：是对齐空间，不是字节），如果前一个对齐空间剩余的大小不足以容纳当前变量，则当前变量从下一个对齐空间开始，前一个对齐中间的不足部分，由系统自动填充(padding)。

1.2   如果变量的宽度大于对齐空间的宽度(即全局对齐空间pack定义小于结构体中最大宽度的变量大小)，则该变量的地址相对于结构体首地址的偏移量，必须是对齐空间大小的整数倍，即宽度大于对齐空间的变量，其内存分配不能从一个对齐空间的中间开始，必须从一个对齐空间的头开始。例：

_tagS的大小为16，而不是12或者其它，因为对齐空间大小是8(字节)，s1虽然只占了1个字节，但是剩下的7字节不够容纳s2的8个字节，所以s2必须从新的对齐空间开始分配。(上例中，如果pack为4，则_tagS的大小则为12；如果pack为2，则_tagS的大小则为10；如果pack为1，则_tagS的大小则为9)

1.3   位段变量可以跨越字节，但是不能跨越对齐空间。例如：

S2结构体中的位段和为64，刚好为8个字节，但是sizeof(s2)值并不是8，而是12，这就是因为变量受到对齐空间约束的原因：变量不能跨越对齐空间。由于第一个对齐间空间不能同时容纳a,b，所以第一个对齐空间中并没有b的一部分内容，b从第二个对齐空间开始占位，b,c一共占用了第二个对齐空间，第二个对齐空间中只剩下2位空位，不能容纳d，所以d再分配一个对齐空间4字节。（此结构体因为所有变量数据类型相同，所以对齐值由结构体中的数据类型决定）。最后的结果是：第一个对齐空间中空余1位，第二个对齐空间中空余2位，第三个对齐空间中空余29位。

4.       共用对齐空间：当一个对齐空间中可以容纳几个变量时，这些变量可以共用对齐空间。任何变量都不能跨越对齐空间。

Ø  如果一个对齐空间足够容纳多个数据类型(注意：不是位段)，则允许一个对齐空间中存在不同数据类型的变量，否则，要开辟新的对齐空间。例如：(实际对齐值为4)

不同数据类型的a,b共用一个对齐空间，因为变量不能跨越对齐空间，所以c独占一个对齐空间，d独占一个对齐空间，结构体长度值为12。

Ø  使用位段时，有且只有相同数据类型的位段变量可以共用内存字节！如果数据类型不相同，即使前一个变量中剩余的位空间完全可以容纳后面几个位段变量，下一个变量的位空间分配也是从下一个字节开始分配，如果本对齐空间里的剩余字节数能够容纳下一个变量的数据类型（注意：是数据类型，不是变量位段数），则下一个变量和本变量共用一个对齐空间；否则，下一个变量从一个新的对齐空间开始。

例子：(因为系统对齐值8大于结构体中最大数据类型的长度4=sizeof(__int32)，所以实际对齐值为4，而不是明确指定的8。)

a,b共用一个对齐空间，c独点一个对齐空间，虽然第二个对齐空间的剩余位段数8=32-24还完全可以容纳d的位段数4，但是由于c,d的数据类型不一样，所以d从下一个字节开始分配。由于c的数据类型(__int32)完全占据一个对齐空间，下一个字节是从新的对齐空间开始的，所以d从一个新的对齐空间开始占用。所以sizeof(s1)的值为12。

如果例子改为：

由a,b共同占一个对齐空间，第一个对齐空间被a,b的数据类型占据，c从一个新的对齐空间开始占用，实际对齐值为4，所以第二个对齐空间大小为4字节，被c的数据类型占用两字节后，还剩下的两字节能够完全容纳d的数据类型(__int8)，所以d的数据类型虽然和c的数据类型不一样，但是d也不必从新的对齐空间开始占用，而是和c共用一个对齐空间。所以sizeof的值为8，比上面的例子少使用一个对齐空间。

一点引用：http://blog.csdn.net/hikaliv/archive/2009/06/03/4239352.aspx

2.       Win32平台下的对齐策略

1) 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除；

2) 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量（offset）都是成员大小的整数倍，如有需要编译器会在成员之间加上填充字节（internaladding）；

3) 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，如有需要，编译器会在最末一个成员之后加上填充字节（trailingpadding）。

 

类的内存分布对齐规则与结构体的类似，只是缺少了字段概念。

其一，C++语言保证“出现在derived class中的base class suboject有其完整性”；

其二，derivedclass的对齐数 = min(指定的全局对齐数，max(base class的对齐数，derived class的对齐数))

可参见：http://blog.csdn.net/pathuang68/archive/2009/04/24/4106016.aspx