結構體對齊也是老生常談的話題了。基本上是面試題的必考題。內容雖然很基礎，但一不小心就會弄錯。寫出一個struct，然後sizeof，你會不會經常對結果感到奇怪？sizeof的結果往往都比你聲明的變量總長度要大，這是怎麼回事呢？ 開始學的時候，也被此類問題困擾很久。其實相關的文章很多，感覺說清楚的不多。結構體到底怎樣對齊？ 有人給對齊原則做過總結，具體在哪裡看到現在已記不起來，這裡引用一下前人的經驗（在沒有#pragma pack宏的情況下）： 原則1、數據成員對齊規則：結構（struct或聯合union）的數據成員，第一個數據成員放在offset為0的地方，以後每個數據成員存儲的起始位置要從該成員大小的整數倍開始（比如int在32位機為４字節，則要從4的整數倍地址開始存儲）。 原則2、結構體作為成員：如果一個結構裡有某些結構體成員，則結構體成員要從其內部最大元素大小的整數倍地址開始存儲。（struct a裡存有struct b，b裡有char，int，double等元素，那b應該從8的整數倍開始存儲。） 原則3、收尾工作：結構體的總大小，也就是sizeof的結果，必須是其內部最大成員的整數倍，不足的要補齊。 這三個原則具體怎樣理解呢？我們看下面幾個例子，通過實例來加深理解。 例1：struct { shorta1; shorta2; shorta3; }A; struct{ long a1; short a2; }B; sizeof(A) = 6; 這個很好理解，三個short都為2。 sizeof(B) = 8; 這個比是不是比預想的大2個字節？long為4，short為2，整個為8，因為原則3。 例2：struct A{ inta; charb; shortc; }; struct B{ charb; inta; shortc; }; sizeof(A)= 8; int為4，char為1，short為2，這裡用到了原則1和原則3。 sizeof(B) = 12; 是否超出預想范圍？char為1，int為4，short為2，怎麼會是12？還是原則1和原則3。 深究一下，為什麼是這樣，我們可以看看內存裡的布局情況。 a b c A的內存布局：1111, 1*, 11 b a c B的內存布局：1***, 1111, 11** 其中星號*表示填充的字節。A中，b後面為何要補充一個字節？因為c為short，其起始位置要為2的倍數，就是原則1。c的後面沒有補充，因為b和c正好占用4個字節，整個A占用空間為4的倍數，也就是最大成員int類型的倍數，所以不用補充。 B中，b是char為1，b後面補充了3個字節，因為a是int為4，根據原則1，起始位置要為4的倍數，所以b後面要補充3個字節。c後面補充兩個字節，根據原則3，整個B占用空間要為4的倍數，c後面不補充，整個B的空間為10，不符，所以要補充2個字節。 再看一個結構中含有結構成員的例子： 例3：struct A{ int a; double b; float c; }; struct B{ char e[2]; int f; double g; short h; struct A i; }; sizeof(A) = 24; 這個比較好理解，int為4，double為8，float為4，總長為8的倍數，補齊，所以整個A為24。 sizeof(B) = 48; 看看B的內存布局。 e f g h i B的內存布局：11* *, 1111, 11111111, 11 * * * * **, 1111* * * *, 11111111, 1111 * * ** i其實就是A的內存布局。i的起始位置要為24的倍數，所以h後面要補齊。把B的內存布局弄清楚，有關結構體的對齊方式基本就算掌握了。 以上講的都是沒有#pragma pack宏的情況，如果有#pragma pack宏，對齊方式按照宏的定義來。比如上面的結構體前加#pragmapack(1)，內存的布局就會完全改變。sizeof(A)= 16; sizeof(B) = 32; 有了#pragma pack(1)，內存不會再遵循原則1和原則3了，按1字節對齊。沒錯，這不是理想中的沒有內存對齊的世界嗎。 a b c A的內存布局：1111, 11111111, 1111 e f g h i B的內存布局：11, 1111, 11111111, 11, 1111,11111111, 1111 那#pragma pack(2)的結果又是多少呢？#pragma pack(4)呢？留給大家自己思考吧，相信沒有問題。 還有一種常見的情況，結構體中含位域字段。位域成員不能單獨被取sizeof值。C99規定int、unsigned int和bool可以作為位域類型，但編譯器幾乎都對此作了擴展，允許其它類型類型的存在。 使用位域的主要目的是壓縮存儲，其大致規則為： 1) 如果相鄰位域字段的類型相同，且其位寬之和小於類型的sizeof大小，則後面的字段將緊鄰前一個字段存儲，直到不能容納為止； 2) 如果相鄰位域字段的類型相同，但其位寬之和大於類型的sizeof大小，則後面的字段將從新的存儲單元開始，其偏移量為其類型大小的整數倍； 3) 如果相鄰的位域字段的類型不同，則各編譯器的具體實現有差異，VC6采取不壓縮方式，Dev-C++采取壓縮方式； 4) 如果位域字段之間穿插著非位域字段，則不進行壓縮； 5) 整個結構體的總大小為最寬基本類型成員大小的整數倍。 還是讓我們來看看例子。 例4：struct A{ char f1 : 3; char f2 : 4; char f3 : 5; }; a b c A的內存布局：111, 1111 *, 11111 * * * 位域類型為char，第1個字節僅能容納下f1和f2，所以f2被壓縮到第1個字節中，而f3只能從下一個字節開始。因此sizeof(A)的結果為2。 例5：struct B{ char f1 : 3; short f2 : 4; char f3 : 5; }; 由於相鄰位域類型不同，在VC6中其sizeof為6，在Dev-C++中為2。 例6：struct C{ char f1 : 3; char f2; char f3 : 5; }; 非位域字段穿插在其中，不會產生壓縮，在VC6和Dev-C++中得到的大小均為3。 考慮一個問題，為什麼要設計內存對齊的處理方式呢？如果體系結構是不對齊的，成員將會一個挨一個存儲，顯然對齊更浪費了空間。那麼為什麼要使用對齊呢？體系結構的對齊和不對齊，是在時間和空間上的一個權衡。對齊節省了時間。假設一個體系結構的字長為w，那麼它同時就假設了在這種體系結構上對寬度為w的數據的處理最頻繁也是最重要的。它的設計也是從優先提高對w位數據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。 最後順便提一點，在設計結構體的時候，一般會尊照一個習慣，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後面，這樣可以相對節約一些對齊空間。
