结构体的字节对齐(跨语言传参时尤为重要)

在项目开发时，结构体作为一个数据结构，非常适合用语存储某一设备或某一类事务的信息，自然的，将其用作参数也是必然的事。然而在将结构体作为参数生成DLL后，用其他语言调用时，则会有一些问题。比如在用C#调用C++的DLL时，结构体的大小就会有不一样，导到调用出问题。

基于以前的BCB开发的产品，需要增加一些接口以实现新的功能，于是将相应的信息封装到了结构体中，然后传出。但是当我用C#调用时，发现怎么调都不对，后来用了C#调用C++DLL传递结构体数组的终极解决方案所说的，用最蛮力的办法，开了一个大的byte数组去接收(数组最好能基于DLL的结构体估算一下大小)，数据接收成功了，也分析得到了想要的数据。之后再细加分析，发现原来BCB导出DLL时调用的结构体大小和我们用C#的Marsh弄出来的大小有差异，C#的小了2个字节，于是我就强行补了2个字节进去，最终算是达到了目的。

不过想想就这样，还是觉得有问题。因为这个接口最终可能会发布，供第三方调用。要是他们用其他的语言呢？第三方可不一定会知道是这个原因的，所以想着有没有办法可以解决。经过测试分析，发现是结构体的字节对齐问题。以下结构体是基于win7 32下BCB编写与测试的。

struct Info
{
    int OrderNO;
    float CpuPercent;
    char UniqueCode[33];    
};

void __fastcall TForm1::btn1Click(TObject *Sender)
{
     int len=sizeof(Info);
     ShowMessage(len);
}

测试Info的长度是44，可是我们自己一个一个变量计算时，发现并不是。OrderNO是int为4字节，CpuPercent是float为4字节，UniqueCode为char数组共33个字节，合起来是41个字节。那多出来的3个字节是哪多出来的呢？

经过查找资料，提到说是字节对齐的问题。所谓字节对齐，就是每个变量在内存中的以多少个字节作为数据块存储。现在测出来是44个字节，那只能是1、2、4、11的倍数，11的倍数显然不可能，那会不会是4的倍数呢？

若以4字节对齐，那么OrderNO是4个字节，正好可以存储。CpuPercent也是4个字节，也正好可以存储。而UniqueCode是33字节，以4字节为块进行存储，那么需要9个块。而9个块则有4*9=36个字节，比char数组分配的33个字节多了3个字节。这么说来，这多出来的3个字节就是这里多出来的。那又要如何去证实想法呢？

有了！我们不妨把UniqueCode变成36的char数组，看是不是也是44个字节。结构体修改如下。

struct Info
{
    int OrderNO;
    char UniqueCode[36];
    float CpuPercent;
};

经测试，新的Info结构体确实是44个字节。那么依此类推，如果UniqueCode开辟的数组为33、34、35、36时，其Info结构的字节大小都是44字节。经过测试，确实是如此。所以最终证明，这多出来的3个字节，其实是因为数据块是以4字节来分配的。

那为什么又要以4字节来分配呢？难道是因为结构体中的变量第一个是整型，所以用第一个作为字节对齐的标准吗？这么想了之后，还是得证明。那不妨把UniqueCode和OrderNO的顺序对换一下，新的结构体如下。

struct Info
{
    char UniqueCode[33];
    int OrderNO;
    float CpuPercent;
};

经测试，Info结构体还是44个字节。奇怪了，难道不是以第一个类型作为参照吗？那会是以什么？难道是以数组中最多字节的数据类型作为参照？那有什么数据类型是比int的字节要多的？有了，double类型，果断改之。

struct Info
{
    char UniqueCode[33];
    double OrderNO;
    float CpuPercent;
};

经测试，Info结构体大小为56个字节，正好是double所占8字节的倍数。我们分析分析，UniqueCode是33字节，按8字节对齐，需要5个块，即5*8=40字节。OrderNO是8个字节。CpuPercent虽然是float为4个字节，但要按8字节对齐，所以还是占了8字节。合起来40+8+8=56字节，这么说BCB编译器是默认以结构体中所占字节最多的为字节对齐的。

这时可能有人要问了，那UniqueCode是char数组，不是33个字节，要比double的8个字节要大吗？为什么不以UniqueCode作为字节对齐的参照？是的，我也曾有这种疑惑。不过再想想，问题就不难了。int、float、double类型是一个整体，如果要把数据给完整的保留，那么就得分配连续的空间来存储。而char数组虽说为数组，但其本质上是以char的1字节存储的，所以在结构体中占字节最多时，char数组只是以1字节计算的。若是还觉得怀疑，可 将CpuPercent改成数组，比如。

struct Info
{
    char UniqueCode[33];
    double OrderNO;
    float CpuPercent[4];
};

测出的长度为64，UniqueCode点了40字节和OrderNO占了8字节，CpuPercent占了16字节。因为CpuPercent每个都是float为4字节，一个8字节的数组块可以存上两个float。所以会发现，BCB是以结构体中的基本数据类型所占字节最多的作为字节对齐参照的。

那有没有什么方式可以让空间就如我们所写的那样占字节呢。比如

struct Info
{
    int OrderNO;
    float CpuPercent;
    char UniqueCode[33];
};

我希望Info所占的字节数是OrderNO为4个，CpuPercent为4个，UniqueCode为33个，合起来是4+4+33=41个。答案是有的。只要我给结构体强制指定一个字节对齐的字节数即可，代码如下。

#pragma pack(push,1)
struct Info
{
    int OrderNO;
    float CpuPercent;
    char UniqueCode[33];
};
#pragma pack(pop)

该结构体测试后，大小为41字节，正是我们所要的。其中#pragma pack(push,1)中的1是表示对齐字节的方式，但必须是系统所能存储的，比如3就会报错。#pragma pack(pop)是表示结束了。

当结构体的字节如我们所定义各个变量所计算的字节之和时，那么对于跨语言调用，就可以消除不同语言不同编译器调用结构体参数时大小不同的障碍，很多问题也就可以随之解决了。

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