講解C語言編程中的結(jié)構(gòu)體對齊

　　Q：關(guān)于結(jié)構(gòu)體的對齊，到底遵循什么原則？

　　A：首先先不討論結(jié)構(gòu)體按多少字節(jié)對齊，先看看只以1字節(jié)對齊的情況：

　　#include#include#define PRINT_D(intValue) printf(#intValue" is %dn", (intValue));#define OFFSET(struct,member) ((char *)&((struct *)0)->member - (char *)0)#pragma pack(1)typedef struct{ char sex; short score; int age;}student;int main(){ PRINT_D(sizeof(student)) PRINT_D(OFFSET(student,sex)) PRINT_D(OFFSET(student,score)) PRINT_D(OFFSET(student,age)) return 0;}

　　輸出：

　　sizeof(student) is 7OFFSET(student,sex) is 0OFFSET(student,score) is 1OFFSET(student,age) is 3

　　可以看到，如果按1字節(jié)對齊，那么結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的成員緊密排列，sizeof(char) == 1, sizeof(short) == 2, sizeof(int) == 4.

　　修改上面的代碼， 去掉#pragma pack語句，代碼如下：

　　#include#include#define PRINT_D(intValue) printf(#intValue" is %dn", (intValue));#define OFFSET(struct,member) ((char *)&((struct *)0)->member - (char *)0)typedef struct{ char sex; short score; int age;}student;int main(){ PRINT_D(sizeof(student)) PRINT_D(OFFSET(student,sex)) PRINT_D(OFFSET(student,score)) PRINT_D(OFFSET(student,age)) return 0;}

　　運(yùn)行結(jié)果：

　　sizeof(student) is 8OFFSET(student,sex) is 0OFFSET(student,score) is 2OFFSET(student,age) is 4

　　此時(shí)，各個(gè)成員之間就不像之前那樣緊密排列了，而是有一些縫隙。這里需要介紹下對齊原則：

　　此原則是在沒有#pragma pack語句作用時(shí)的原則（不同平臺(tái)可能會(huì)有不同）：

　　原則A：struct或者union的成員，第一個(gè)成員在偏移0的位置，之后的每個(gè)成員的起始位置必須是當(dāng)前成員大小的整數(shù)倍；

　　原則B：如果結(jié)構(gòu)體A含有結(jié)構(gòu)體成員B，那么B的起始位置必須是B中最大元素大小整數(shù)倍地址；

　　原則C：結(jié)構(gòu)體的總大小，必須是內(nèi)部最大成員的整數(shù)倍；

　　依據(jù)上面3個(gè)原則，我們來具體分析下： sex在偏移0處，占1字節(jié)；score是short類型，占2字節(jié)，score必須以2的整數(shù)倍為起始位置，所以它的起始位置為2； age為int類型，大小為4字節(jié)，它必須以4的整數(shù)倍為起始位置，因?yàn)榍懊嬗衧ex占1字節(jié)，填充的1字節(jié)和score占2字節(jié)，地址4已經(jīng)是4的整數(shù)倍，所以age的位置為4.最后，總大小為4的倍數(shù)，不用繼續(xù)填充。

　　繼續(xù)修改上面的代碼，增加#pragma pack語句：

　　#include#include#define PRINT_D(intValue) printf(#intValue" is %dn", (intValue));#define OFFSET(struct, member) ((char *)&((struct *)0)->member - (char *)0)#pragma pack(4)typedef struct{ char sex; short score; int age;}student;int main(){ PRINT_D(sizeof(student)) PRINT_D(OFFSET(student,sex)) PRINT_D(OFFSET(student,score)) PRINT_D(OFFSET(student,age)) return 0;}

　　運(yùn)行結(jié)果：

　　sizeof(student) is 8OFFSET(student,sex) is 0OFFSET(student,score) is 2OFFSET(student,age) is 4

　　具體分析下：

　　有了#pragma pack(4)語句后，之前說的原則A和C就不適用了。實(shí)際對齊原則是自身對齊值(成員sizeof大小)和指定對齊值(#pragma pack指定的對齊大小)的較小者。依次原則，sex依然偏移為0， 自身對齊值為1，指定對齊值為4，所以實(shí)際對齊為1； score成員自身對齊值為2，指定對齊值為4，實(shí)際對齊為2；所以前面的sex后面將填充一個(gè)1字節(jié)，然后是score的位置，它的偏移為2；age自身對齊值為4，指定對齊為4，所以實(shí)際對齊值為4；前面的sex和score正好占用4字節(jié)，所以age接著存放；它的偏移為4.

　　Q：關(guān)于位域的問題，空域到底表示什么？

　　A：它表示之后的位域從新空間開始。

　　#include#include#define PRINT_D(intValue) printf(#intValue" is %dn", (intValue));#define OFFSET(struct, member) ((char *)&((struct *)0)->member - (char *)0)typedef struct { int a : 1; int b : 3; int : 0; int d : 2;}bit_info;int main(){ PRINT_D(sizeof(bit_info)) return 0;}

　　運(yùn)行結(jié)果：

　　sizeof(bit_info) is 8

　　bit_info中的a, b占用4個(gè)字節(jié)的前4位，到int:0; 時(shí)表示此時(shí)將填充余下所有沒有填充的位，即剛剛的4個(gè)字節(jié)的余下28位；int d:2; 將從第四個(gè)字節(jié)開始填充，又會(huì)占用4個(gè)字節(jié)，所以總大小為8.

　　再來看下面幾個(gè)小例子

　　例1：

　　struct A{ char f1 : 3; char f2 : 4; char f3 : 5; };

　　a b c

　　A的內(nèi)存布局：111,1111 *,11111 * * *

　　位域類型為char，第1個(gè)字節(jié)僅能容納下f1和f2，所以f2被壓縮到第1個(gè)字節(jié)中，而f3只能從下一個(gè)字節(jié)開始。因此sizeof(A)的結(jié)果為2。

　　例2：

　　struct B{ char f1 : 3; short f2 : 4; char f3 : 5; };

　　由于相鄰位域類型不同，在VC6中其sizeof為6，在Dev-C++中為2。

　　例3：

　　struct C{ char f1 : 3; char f2; char f3 : 5; };

　　非位域字段穿插在其中，不會(huì)產(chǎn)生壓縮，在VC6和Dev-C++中得到的大小均為3。

　　考慮一個(gè)問題，為什么要設(shè)計(jì)內(nèi)存對齊的處理方式呢？如果體系結(jié)構(gòu)是不對齊的，成員將會(huì)一個(gè)挨一個(gè)存儲(chǔ)，顯然對齊更浪費(fèi)了空間。那么為什么要使用對齊呢？體系結(jié)構(gòu)的對齊和不對齊，是在時(shí)間和空間上的一個(gè)權(quán)衡。對齊節(jié)省了時(shí)間。假設(shè)一個(gè)體系結(jié)構(gòu)的字長為w，那么它同時(shí)就假設(shè)了在這種體系結(jié)構(gòu)上對寬度為w的數(shù)據(jù)的處理最頻繁也是最重要的。它的設(shè)計(jì)也是從優(yōu)先提高對w位數(shù)據(jù)操作的效率來考慮的。有興趣的可以google一下，人家就可以跟你解釋的，一大堆的道理。

　　最后順便提一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體的時(shí)候，一般會(huì)尊照一個(gè)習(xí)慣，就是把占用空間小的類型排在前面，占用空間大的類型排在后面，這樣可以相對節(jié)約一些對齊空間。

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