C/C++ - 字节对齐

C++字节自然对齐

C的字节对齐和C++基本相同，但是也有一些区别，在下面的分析中会有提及。

示例

#include 

class a{
};

class b{
	char b;
};

class c{
	char a;
	char b;
	char c;
	char d;
	char e;
};

class d{
	short a;
	char b;
};

class e{
	int a;
	short b;
	char c;
};

class f{
	static int a;
	char b;
};

class g{
	char a;
	char b;
	char c;
	short d;
	char e;
};

class h{
	class g g1;
	char a;
};

class i{
	class g g1;
	int a;
};

int main(int argv, char** argc){
	printf("class a size : %d\n", sizeof(a));
	printf("class b size : %d\n", sizeof(b));
	printf("class c size : %d\n", sizeof(c));
	printf("class d size : %d\n", sizeof(d));
	printf("class e size : %d\n", sizeof(e));
	printf("class f size : %d\n", sizeof(f));
	printf("class g size : %d\n", sizeof(g));
	printf("class h size : %d\n", sizeof(h));
	printf("class i size : %d\n", sizeof(i));
}

结果

在G++编译器如下：

class a size : 1
class b size : 1
class c size : 5
class d size : 4
class e size : 8
class f size : 1
class g size : 8
class h size : 10
class i size : 12

结论

1. 如Class a，C++的struct或者class为空，那么字节是1，编译器自动添加了一个字节，为了保证该类型的两个对象在内存上地址是不一样的，这个和C是不一样的，C的空struct是0；

2. 对齐大小为其中类型大小最大的类型为准，但是不会超过4字节（在32位机，以int为准），所以，Class b和c的最大类型是char，所以他们的对齐大小是1（char是1）；Class d最大类型是short（是2），所以对齐大小是2；Class e最大类型是int（4），所以对齐大小是4，但是为什么不是12（int、short、char各占4）呢，因为局部对齐方式又会以1或者2为对齐大小（取1或2主要看其中是否存在2的类型，否则取1、结构体的每一个成员起始地址必须是自身类型大小的整数倍），但是总长度为4的倍数；

3. 对齐大小不超过4（32位机），所以如

class d{
	long long a;
	char b;
};

字节大小是12，而不是16，但是VC上结果是16；
4. static成员不属于对象，所以Class f的大小不包括static int a；

5. 如果存在嵌套关系，对齐大小以基本类型为准，如Class g、h、i，所以h以2（short）为对齐方式，i以4（int）为对齐方式，但是被嵌套类g在嵌套类中的内存是独立的，所以h的大小是10（|char|char|char|padding|short|char|padding|char|padding|）而不是8（|char|char|char|padding|short|char|char|）；

C++字节强制对齐

还可以强制设置对齐大小

如

#pragma pack (size) //size可以取1/2/4/8等2的指数
struct c
{ 
char b; 
int a; 
short c; 
}; 
#pragma pack ()

struct c大小分别为7、8、12、12

紧缩方式

紧缩方式其实就是按1字节对齐，和#pragma pack (1) 效果一样。

为了防止不同编译器对齐不一样，建议在代码里面指定对齐参数。

可能重要的一点是关于紧缩结构的。紧缩结构的用途 其实最常用的结构对齐选项就是：默认对齐和紧缩。在两个程序，或者两个平台之间传递数据时，我们通常会将数据结构设置为紧缩的。这样不仅可以减小通信量，还可以避免对齐带来的麻烦。假设甲乙双方进行跨平台通信，甲方使用了“/Zp2”这么奇怪的对齐选项，而乙方的编译器不支持这种对齐方式，那么乙方就可以理解什么叫欲哭无泪了。 当我们需要一个字节一个字节访问结构数据时，我们通常都会希望结构是紧缩的，这样就不必考虑哪个字节是填充字节了。我们把数据保存到非易失设备时，通常也会采用紧缩结构，既减小存储量，也方便其它程序读出。各编译器都支持结构的紧缩，即连续排列结构的各成员变量，各成员变量之间没有任何填充字节。这时，结构的大小等于各成员变量大小的和。紧缩结构的变量可以放在1n边界，即任意地址边界。

如G++代码

class __attribute__ ((packed)) c
{ 
char b; 
int a; 
short c; 
}; 

class c的大小为7，即按1字节对齐。

位域

它可以指定每个成员占据的bit数，由于移植性不好（每个编译器处理都不太一样），所以能不使用就不要使用，在这也不做具体分析了。