结构体对齐

2 .内存对齐的原因：

      1)某些平台只能在特定的地址处访问特定类型的数据；

      2)提高存取数据的速度。比如有的平台每次都是从偶地址处读取数据，对于一个int型的变量，若从偶地址单元处存放，则只需一个读取周期即可读取该变量；但是若从奇地址单元处存放，则需要2个读取周期读取该变量。

例子1：

struct my_struct 
{ 
    char a; 
    long double b; 
};

此例子Windows和Linux计算方法有些许不一致。 
在Windows中计算步骤如下： 
步骤1：所有数据成员自身长度和：1B + 8B = 9B --> sum_a = 9B 
步骤2：数据成员a放在相对偏移0处，之前不需要填充字节；数据成员b为了内存对齐，根据“结构体大小的计算方法和步骤”中第二条原则，其对齐模数是8，之前需填充7个字节，sum_a + 7 = 16B --> sum_b = 16 B 
步骤3：按照定义，结构体对齐模数是结构体内部最大数据成员长度和pragma pack中较小者，前者为8后者为4，所以结构体对齐模数是4。sum_b是4的4倍，不需再次对齐。 
综上3步，可知结构体的长度是16B，各数据成员在内存中的分布如图1-1所示。 

在Linux中计算步骤如下： 
步骤1：所有数据成员自身长度和：1B + 12B = 13B --> sum_a = 13B 
步骤2：数据成员a放在相对偏移0处，之前不需要填充字节；数据成员b为了内存对齐，根据“结构体大小的计算方法和步骤”中第二条原则，其对齐模数是4，之前需填充3个字节，sum_a + 3 = 16B --> sum_b = 16 B 
步骤3：按照定义，结构体对齐模数是结构体内部最大数据成员长度和pragma pack中较小者，前者为12后者为4，所以结构体对齐模数是4。sum_b是4的4倍，不需再次对齐。 
综上3步，可知结构体的长度是16B，各数据成员在内存中的分布如图1-2所示。 

 

例子2：

#pragma pack(2) 
struct my_struct 
{ 
    char a; 
    long double b; 
}; 
#pragma pack()

例子1和例子2不同之处在于例子2中使用了#pragma pack(2)编译参数，它强制指定对齐模数是2。此例子Windows和Linux计算方法有些许不一致。 

在Windows中计算步骤如下： 
步骤1：所有数据成员自身长度和：1B + 8B = 13B --> sum_a = 9B 
步骤2：数据成员a放在相对偏移0处，之前不需要填充字节；数据成员b为了内存对齐，根据“结构体大小的计算方法和步骤”中第二条原则，其对齐模数是2，之前需填充1个字节，sum_a + 1 = 10B --> sum_b = 10 B 
步骤3：按照定义，结构体对齐模数是结构体内部最大数据成员长度和pragma pack中较小者，前者为8后者为2，所以结构体对齐模数是2。sum_b是2的5倍，不需再次对齐。 
综上3步，可知结构体的长度是10B，各数据成员在内存中的分布如图2-1所示。 

在Linux中计算步骤如下： 
步骤1：所有数据成员自身长度和：1B + 12B = 13B --> sum_a = 13B 
步骤2：数据成员a放在相对偏移0处，之前不需要填充字节；数据成员b为了内存对齐，根据“结构体大小的计算方法和步骤”中第二条原则，其对齐模数是2，之前需填充1个字节，sum_a + 1 = 14B --> sum_b = 14 B 
步骤3：按照定义，结构体对齐模数是结构体内部最大数据成员长度和pragma pack中较小者，前者为8后者为2，所以结构体对齐模数是2。sum_b是2的7倍，不需再次对齐。 
综上3步，可知结构体的长度是14B，各数据成员在内存中的分布如图2-2所示。 

 

例子3：

struct my_struct 
{ 
    char a; 
    double b; 
    char c; 
}; 

前两例中，数据成员在Linux和Windows下都相同，例3中double的对齐模数在Linux中是4，在Windows下是8，针对这种模数不相同的情况加以分析。 
在Windows中计算步骤如下： 
步骤1：所有数据成员自身长度和：1B + 8B + 1B = 10B --> sum_a = 10B 
步骤2：数据成员a放在相对偏移0处，之前不需要填充字节；数据成员b为了内存对齐，根据“结构体大小的计算方法和步骤”中第二条原则，其对齐模数是8，之前需填充7个字节，sum_a + 7 = 17B --> sum_b = 17B 
步骤3：按照定义，结构体对齐模数是结构体内部最大数据成员长度和pragma pack中较小者，前者为8后者为8，所以结构体对齐模数是8。sum_b应该是8的整数倍，所以要在结构体后填充8*3 - 17 = 7个字节。 
综上3步，可知结构体的长度是24B，各数据成员在内存中的分布如图3-1所示。 

在Linux中计算步骤如下： 
步骤1：所有数据成员自身长度和：1B + 8B + 1B = 10B，sum_a = 10B 
步骤2：数据成员a放在相对偏移0处，之前不需要填充字节；数据成员b为了内存对齐，根据“结构体大小的计算方法和步骤”中第二条原则，其对齐模数是4，之前需填充3个字节，sum_b = sum_a + 3 = 13B 
步骤3：按照定义，结构体对齐模数是结构体内部最大数据成员长度和pragma 
pack中较小者，前者为8后者为4，所以结构体对齐模数是4。sum_b应该是4的整数倍，所以要在结构体后填充4*4 - 13 = 3个字节。 
综上3步，可知结构体的长度是16B，各数据成员在内存中的分布如图3-2所示。 

 

例子4：

struct my_struct 
{ 
    char a[11]; 
    int b; 
    char c; 
}; 

此例子Windows和Linux计算方法一样，如下： 
步骤1：所有数据成员自身长度和：11B + 4B + 1B = 16B --> sum_a = 16B 
步骤2：数据成员a放在相对偏移0处，之前不需要填充字节；数据成员b为了内存对齐，根据“结构体大小的计算方法和步骤”中第二条原则，其对齐模数是4，之前需填充3个字节，sum_a + 1 = 17B --> sum_b = 17B 
步骤3：按照定义，结构体对齐模数是结构体内部最大数据成员长度和pragma pack中较小者，前者为4后者为4，所以结构体对齐模数是4。sum_b是4的整数倍，需在结构体后填充4*5 - 17 = 1个字节。 
综上3步，可知结构体的长度是20B，各数据成员在内存中的分布如图4所示。 

 

例子5：

struct my_test 
{ 
    int my_test_a; 
    char my_test_b; 
}; 
struct my_struct 
{ 
    struct my_test a; 
    double my_struct_a; 
    int my_struct_b; 
    char my_struct_c; 
}; 

例子5和前几个例子均不同，在此例子中我们要计算struct my_struct的大小，而my_struct中嵌套了一个my_test结构体。这种结构体应该如何计算呢？原则是将my_test在my_struct中先展开，然后再计算，即是展开成如下结构体：

struct my_struct
{
    int my_test_a;
    char my_test_b;
    double my_struct_a;
    int my_struct_b;
    char my_struct_c;
}; 

此例子Windows中的计算方法如下： 
步骤1：所有数据成员自身长度和：4B + 1B + 8B + 4B + 1B= 18B --> sum_a = 18B 
步骤2：数据成员my_struct_a为了内存对齐，根据“结构体大小的计算方法和步骤”中第二条原则，其对齐模数是8，之前需填充3个字节：sum_a + 3 = 21B --> sum_b = 21B 
步骤3：按照定义，结构体对齐模数是结构体内部最大数据成员长度和pragma pack中较小者，前者为8后者为8，所以结构体对齐模数是8。sum_b是8的整数倍，需在结构体后填充3*8 - 21 = 3个字节。 
综上3步，可知结构体的长度是24B，各数据成员在内存中的分布如图5所示。 

此例子Linux中的计算方法如下： 
步骤1：所有数据成员自身长度和：4B + 1B + 8B + 4B + 1B= 18B，sum_a = 18B 
步骤2：数据成员my_struct_a为了内存对齐，根据“结构体大小的计算方法和步骤”中第二条原则，其对齐模数是4，之前需填充3个字节，sum_b = sum_a + 3 = 21B 
步骤3：按照定义，结构体对齐模数是结构体内部最大数据成员长度和pragma 
pack中较小者，前者为4后者为4，所以结构体对齐模数是4。sum_b是4的整数倍，需在结构体后填充6*4 - 21 = 3个字节。 
综上3步，可知结构体的长度是24B，各数据成员在内存中的分布如图5所示。