C/C++編譯器的缺省字節(jié)對齊方式

C/C++編譯器的缺省字節(jié)對齊方式為自然對界。 即在缺省情況下，編譯器為每一個變量或是數(shù)據(jù)單元按其自然對界條件分配空間。

在結構中，編譯器為結構的每個成員按其自然對界（alignment）條件分配空間。 各個成員按照它們被聲明的順序在內(nèi)存中順序存儲（成員之間可能有插入的空字節(jié)），第一個成員的地址和整個結構的地址相同。

編譯器缺省的結構成員自然對界條件為“N字節(jié)對齊”，N即該成員數(shù)據(jù)類型的長度。 如int型成員的自然對界條件為4字節(jié)對齊，而double類型的結構成員的自然對界條件為8字節(jié)對齊。 若該成員的起始偏移不位于該成員的“默認自然對界條件”上，則在前一個節(jié)面后面添加適當個數(shù)的空字節(jié)。

編譯器缺省的結構整體的自然對界條件為：該結構所有成員中要求的最大自然對界條件。 若結構體各成員長度之和不為“結構整體自然對界條件的整數(shù)倍”，則在最后一個成員后填充空字節(jié)。

例子1（分析結構各成員的默認字節(jié)對界條界條件和結構整體的默認字節(jié)對界條件）:

struct Test
{ 
  char x1; // 成員x1為char型(其起始地址必須1字節(jié)對界)，其偏移地址為0 
  char x2; // 成員x2為char型(其起始地址必須1字節(jié)對界，其偏移地址為1 
  float x3; // 成員x3為float型(其起始地址必須4字節(jié)對界)，編譯器在x2和x3之間填充了兩個空字節(jié)，其偏移地址為4 
  char x4; // 成員x4為char型(其起始地址必須1字節(jié)對界)，其偏移地址為8 
};

在Test結構體中，最大的成員為float x3，因此結構體的自然對界條件為4字節(jié)對齊。 則結構體長度就為12字節(jié)，內(nèi)存布局為1100 1111 1000。

例子2：

#include 
typedef struct
{
  int aa1; //4個字節(jié)對齊 1111
  char bb1;//1個字節(jié)對齊 1
  short cc1;//2個字節(jié)對齊 011
  char dd1; //1個字節(jié)對齊 1
} testlength1;
int length1 = sizeof(testlength1); //4個字節(jié)對齊，占用字節(jié)1111 1011 1000,length = 12


typedef struct
{
  char bb2;//1個字節(jié)對齊 1
  int aa2; //4個字節(jié)對齊 01111
  short cc2;//2個字節(jié)對齊 11
  char dd2; //1個字節(jié)對齊 1
} testlength2;
int length2 = sizeof(testlength2); //4個字節(jié)對齊，占用字節(jié)1011  1111 1000,length = 12


typedef struct
{
  char bb3; //1個字節(jié)對齊 1
  char dd3; //1個字節(jié)對齊 1
  int aa3; //4個字節(jié)對齊 001111
  short cc23//2個字節(jié)對齊 11


} testlength3;
int length3 = sizeof(testlength3); //4個字節(jié)對齊，占用字節(jié)1100 1111 1100,length = 12


typedef struct
{
  char bb4; //1個字節(jié)對齊 1
  char dd4; //1個字節(jié)對齊 1
  short cc4;//2個字節(jié)對齊 11
  int aa4; //4個字節(jié)對齊 1111
} testlength4;
int length4 = sizeof(testlength4); //4個字節(jié)對齊，占用字節(jié)1111 1111,length = 8


int main(void)
{
  printf("length1 = %d.\\n",length1);
  printf("length2 = %d.\\n",length2);
  printf("length3 = %d.\\n",length3);
  printf("length4 = %d.\\n",length4);
  return 0;
}

改變?nèi)笔〉膶鐥l件(指定對界)

· 使用偽指令#pragma pack (n)，編譯器將按照n個字節(jié)對齊。
· 使用偽指令#pragma pack ()，取消自定義字節(jié)對齊方式。

這時，對齊規(guī)則為：

1、數(shù)據(jù)成員對齊規(guī)則：結構(struct)(或聯(lián)合(union))的數(shù)據(jù)成員，第一個數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地方，以后每個數(shù)據(jù)成員的對齊按照#pragma pack指定的數(shù)值和這個數(shù)據(jù)成員自身長度中，比較小的那個進行。

2、結構(或聯(lián)合)的整體對齊規(guī)則：在數(shù)據(jù)成員完成各自對齊之后，結構(或聯(lián)合)本身也要進行對齊，對齊將按照#pragma pack指定的數(shù)值和結構(或聯(lián)合)最大數(shù)據(jù)成員長度中，比較小的那個進行。

結合1、2推斷：當#pragma pack的n值等于或超過所有數(shù)據(jù)成員長度的時候，這個n值的大小將不產(chǎn)生任何效果。

因此，當使用偽指令#pragma pack (2)時，Test結構體的大小為8，內(nèi)存布局為11 11 11 10。

需要注意一點，當結構體中包含一個子結構體時，子結構中的成員按照#pragma pack指定的數(shù)值和子結構最大數(shù)據(jù)成員長度中，比較小的那個進行進行對齊。 例子如下：

#pragma pack(8)
struct s1
{
  short a;
  long b;
};


struct s2
{
  char c;
  s1 d;
  long long e;
};
#pragma pack()

sizeof(s2)的結果為24。 S1的內(nèi)存布局為1100 1111，S2的內(nèi)存布局為1000 1100 1111 0000 1111 1111。

例子2按照2個字節(jié)對齊時：

#include 
#pragma pack(2)
typedef struct
{
  int aa1; //2個字節(jié)對齊 1111
  char bb1;//1個字節(jié)對齊 1
  short cc1;//2個字節(jié)對齊 011
  char dd1; //1個字節(jié)對齊 1
} testlength1;
int length1 = sizeof(testlength1); //2個字節(jié)對齊，占用字節(jié)11 11 10 11 10,length = 10


typedef struct
{
  char bb2;//1個字節(jié)對齊 1
  int aa2; //2個字節(jié)對齊 01111
  short cc2;//2個字節(jié)對齊 11
  char dd2; //1個字節(jié)對齊 1
} testlength2;
int length2 = sizeof(testlength2); //2個字節(jié)對齊，占用字節(jié)10 11 11 11 10,length = 10


typedef struct
{
  char bb3; //1個字節(jié)對齊 1
  char dd3; //1個字節(jié)對齊 1
  int aa3; //2個字節(jié)對齊 11 11
  short cc23//2個字節(jié)對齊 11


} testlength3;
int length3 = sizeof(testlength3); //2個字節(jié)對齊，占用字節(jié)11 11 11 11,length = 8


typedef struct
{
  char bb4; //1個字節(jié)對齊 1
  char dd4; //1個字節(jié)對齊 1
  short cc4;//2個字節(jié)對齊 11
  int aa4; //2個字節(jié)對齊 11 11
} testlength4;
int length4 = sizeof(testlength4); //2個字節(jié)對齊，占用字節(jié)11 11 11 11,length = 8
#pragma pack()
int main(void)
{
  printf("length1 = %d.\\n",length1);
  printf("length2 = %d.\\n",length2);
  printf("length3 = %d.\\n",length3);
  printf("length4 = %d.\\n",length4);
  return 0;
}

另外，還有如下的一種方式：

· __attribute((aligned (n)))，讓所作用的結構成員對齊在n字節(jié)自然邊界上。 如果結構中有成員的長度大于n，則按照最大成員的長度來對齊。

· attribute ((packed))，取消結構在編譯過程中的優(yōu)化對齊，按照實際占用字節(jié)數(shù)進行對齊。

以上的n = 1, 2, 4, 8, 16... 第一種方式較為常見。