結構體字節對齊

結構體字節對齊

什麼是對齊？爲何要對齊？

• 現代計算機中內存空間都是按照byte劃分的，從理論上講彷佛對任何類型的變量的訪問能夠從任何地址開始，但實際狀況是在訪問特定變量的時候常常在特定的內存地址訪問，這就須要各種型數據按照必定的規則在空間上排列，而不是順序的一個接一個的排放，這就是對齊。
• 若是不按照適合其平臺要求對數據存放進行對齊，會在存取效率上帶來損失。好比有些平臺每次讀都是從偶地址開始，若是一個int型（假設爲32位系統）若是存放在偶地址開始的地方，那麼一個讀週期就能夠讀出，而若是存放在奇地址開始的地方，就可能會須要2個讀週期，並對兩次讀出的結果的高低字節進行拼湊才能獲得該int數據。顯然在讀取效率上降低不少。

#pragma pack()語法

• #pragma pack 的主要做用就是改變編譯器的內存對齊方式，這個指令在網絡報文的處理中有着重要的做用，#pragma pack(n)是他最基本的用法，其做用是改變編譯器的對齊方式， 不使用這條指令的狀況下，編譯器默認採起#pragma pack(8)也就是8字節的默認對齊方式，n值能夠取（1， 2， 4， 8， 16） 中任意一值。
• 咱們常說編譯器默認8字節對齊咱們怎麼知道的呢？#pragma pack(show)顯示當前內存對齊的字節數。顯示當前packing aligment的字節數，以warning message的形式顯示。

結構體對齊的規則

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爲0的地方，之後每一個數據成員的對齊按照#pragma pack指定的數值和這個數據成員自身長度中，比較小的那個進行。（即pack指定的值和成員自身比較，小的那個整數倍對齊）

原則2：結構(或聯合)的總體對齊規則：在數據成員完成各自對齊以後，結構(或聯合)自己也要進行對齊，對齊將按照#pragma pack指定的數值和結構(或聯合)最大數據成員長度中，比較小的那個進行。（即pack指定的值和最大成員自身比較，小的那個整數倍對齊）

原則3：結構體做爲成員：若是一個結構裏有某些結構體成員，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。

結構體對齊驗證

#pragma pack(2)
struct Struct1{
    double a; //0-7
    char b;   //8
    int c;    //起始min(2,4)=2,因此從2的倍數開始 10 11 12 13
    short d;  //14 15
} structOne;  //min(2,8)=2, 2的倍數 16
#pragma pack()

struct Struct2{
    double a; //0-7
    char b;   //8
    int c;    //起始min(8,4)=4,因此從4的倍數開始 12 13 14 15
    short d;  //16 17
} structTwo;  //min(8,8)=8, 8的倍數 24 
複製代碼

運行結果：

能夠看出此時structOne和structTwo，內部成員變量順序徹底一致，指定了#pragma pack()以後sizeof獲得的結果徹底不一樣。

• 那麼若是編譯器默認8字節對齊時，成員相同順序不一樣，結構體的字節又是多少呢？

#pragma pack(show)
struct Struct1{
    double a; //0-7
    char b;   //8
    int c;    //起始min(8,4)=4,因此從4的倍數開始 12 13 14 15
    short d;  //16 17
} structOne;  //min(8,8)=8, 8的倍數 24; 

struct Struct2{
    double a; //0-7
    int c;    //起始min(8,4)=4,因此從4的倍數開始 8 9 10 11
    char b;   //12
    short d;  //14 15
} structTwo;  //min(8,8)=8, 8的倍數 16
複製代碼

運行結果

能夠看出結構體成員順序不一樣，雖然pragma pack相同，sizeof獲得的字節數不一樣。

• 若是將structOne中的double a拆解成兩個int成員，structOne的字節數應是20了

這是由於結構體總體對齊，是按照最大成員變量int長度的和pack默認的8中最小比較是4，4的最小倍數是20；

• 結構體嵌套

• 對比兩張圖明顯發現，當出現結構體嵌套時，外層結構體總體對齊時，取得是內外結構體中最大成員變量的倍數

總結

結構體的對齊顯示成員對齊，而後是結構體的總體對齊，根據內存對齊原則，來對齊內存。

1：根據數據成員對齊：

根據#pragma pack(x) 根據x這個數值和依次排列的數據成員自身的長度的數作比較，那個小用哪一個。

這樣就排出來了每個數據所佔的地址及位置。是依次排列，可是不是依次挨着排列，要排列的數據要看本身數據成員自身長度的數和x哪一個更小，假設自身數據長度爲4，x爲8，則再看本身要依次排列的地址是否是4的倍數，若是不是，則自動延長地址到4的倍數處，再賦值。

2：數據結構對齊：

當上面那個對齊了每個數據成員後， 如今須要對數據結構總體長度對齊。找出數據結構成員中最大長度的數據的值z，跟x作對比,找到最小的那個，假設x爲8，z爲4，則總體數據結構長度應該是4的整數倍，不夠自動補齊。

3：結構體做爲成員

若是成員內有結構體，須要看結構體中最大的成員的長度h來作比較，是h的倍數。