字节对齐

Linux 沿用的对齐策略是,2字节数据类型(例如short)的地址是2的倍数,而较大的数据类型(例如intint*floatdouble)的地址必须是4的倍数。

Windows 要求任何 K 字节基本对象的址址必须是 K 的倍数,K = 2, 4 或者 8。特别的,它要求一个double或者long long类型数据的地址应该是8的倍数。

对齐准则

四个重要的基本概念:

  1. 数据类型自身的对齐值:char型数据自身对齐值为1字节,short型数据为2字节,int/float型为4字节,double型为8字节。
  2. 结构体或类的自身对齐值:其成员中自身对齐值最大的那个值。
  3. 指定对齐值:#pragma pack (value)时的指定对齐值value。
  4. 数据成员、结构体和类的有效对齐值:自身对齐值和指定对齐值中较小者,即有效对齐值=min{自身对齐值,当前指定的pack值}。

其中,有效对齐值N是最终用来决定数据存放地址方式的值。有效对齐N表示“对齐在N上”,即该数据的“存放起始地址 % N = 0”。而数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序存放。第一个数据变量的起始地址就是数据结构的起始地址。结构体的成员变量要对齐存放,结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整(即结构体成员变量占用总长度为结构体有效对齐值的整数倍)。

例1:

struct A{
    int    a;
    char   b;
    short  c;
};
struct B{
    char   b;
    int    a;
    short  c;
};

结果:sizeof(strcut A)值为8;sizeof(struct B)的值却是12。

例2:

#pragma pack(2)  //指定按2字节对齐
struct C{
    char  b;
    int   a;
    short c;
};
#pragma pack()   //取消指定对齐,恢复缺省对齐

结果:sizeof(struct C) = 8

栈内存对齐

在VC/C++中,栈的对齐方式不受结构体成员对齐选项的影响。总是保持对齐且对齐在4字节边界上。(并未考证64位)

位域对齐

位域成员不能单独被取sizeof值。下面主要讨论含有位域的结构体的sizeof

C99 规定intunsigned intbool可以作为位域类型,但编译器几乎都对此作了扩展,允许其它类型的存在。位域作为嵌入式系统中非常常见的一种编程工具,优点在于压缩程序的存储空间。

其对齐规则大致为:

  1. 如果相邻位域字段的类型相同,且其位宽之和小于类型的sizeof大小,则后面的字段将紧邻前一个字段存储,直到不能容纳为止;
  2. 如果相邻位域字段的类型相同,但其位宽之和大于类型的sizeof大小,则后面的字段将从新的存储单元开始,其偏移量为其类型大小的整数倍;
  3. 如果相邻的位域字段的类型不同,则各编译器的具体实现有差异,VC6 采取不压缩方式,Dev-C++ 和 GCC 采取压缩方式;
  4. 如果位域字段之间穿插着非位域字段,则不进行压缩;
  5. 整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍,而位域则按照其最宽类型字节数对齐。

例3:

struct BitField{
    char element1  : 1;
    char element2  : 4;
    char element3  : 5;
};

位域类型为char,第1个字节仅能容纳下element1element2,所以element1element2被压缩到第1个字节中,而element3只能从下一个字节开始。因此sizeof(BitField)的结果为2。

例4:

struct StructBitField{
    int element1   : 1;
    int element2   : 5;
    int element3   : 29;
    int element4   : 6;
    char element5  :2;
    char stelement;  //在含位域的结构或联合中也可同时说明普通成员
};

位域中最宽类型int的字节数为4,因此结构体按4字节对齐,在 VC6 中其sizeof为16。

例5:

struct BitField4{
    char element1  : 3;
    char  :0;
    char element3  : 5;
};

长度为0的位域告诉编译器将下一个位域放在一个存储单元的起始位置。如上,编译器会给成员element1分配3位,接着跳过余下的4位到下一个存储单元,然后给成员element3分配5位。故上面的结构体大小为2。


本文参考:http://www.cnblogs.com/clover-toeic/p/3853132.html