结构体字节对齐之嵌套结构体

• 搜狐畅游2020游戏研发笔试题目：以下输出的结果是？？？

#include 
#pragma pack(2)
struct S1
{
    S1() { f = 0; s = 0; i = 0; c = 0; }
    float f;
    short s;
    int i;
    char c;
};
 
#pragma pack(push)
#pragma pack(16)
struct S2
{
    S2() { d = 0; c = 0; i = 0; }
    double d;
    S1 s1;
    char c;
    int i;
};
#pragma pack(pop)
 
int main()
{
    std::cout << sizeof(S2) << std::endl;
}

• 结构体对齐的规则大家都清楚，着重说一下结构体中嵌套结构体的情况：以我的测试看来，结构体内的结构体不是展开另算，如有错误，欢迎批评改正

#pragma pack(n) 表示的是设置n字节对齐
1.对于结构的各个成员，第一个成员位于偏移为0的位置，以后的每个数据成员的偏移量(相对于首地址)必须是
min(这个数据成员的自身长度,n)的倍数
2.在所有的数据成员完成各自对齐之后，结构或联合体本身也要进行对齐，也就是总大小必须是
min(长度最长的基本数据成员,n)的倍数
基本数据成员：char,short int,int,float,double等

• S2大小为32，S1的大小为12，计算方式如下

#pragma pack(2)
struct S1
{
    S1() { f = 0; s = 0; i = 0; c = 0; }
    float f;//4字节【规则1偏移量0】
    short s;//2字节【规则1,偏移量2，是min(2,2)=2的倍数】
    int i;//4字节【规则1，偏移量6，是min(4,2)=2的倍数】
    char c;//1+1字节【规则1，偏移量10，是min(1,2)的倍数】
};//【规则2，总字节大小4+4+2+1=11字节，不是min(4,2)=2的倍数，在最后一个数据成员处补1字节，以对齐】->总大小12字节
#pragma pack(16)
struct S2
{
    S2() { d = 0; c = 0; i = 0; }
    double d;//8字节
    S1 s1;//S1没有展开，按12字节不变，按规则1以1字节对齐，相当于char ss[12]
    char c;//1字节【规则1，偏移量20，满足】+3字节
    int i;//4字节【规则1，偏移量21，不是min(4,16)=4的整数倍，在上一个数据成员后补3字节，使偏移量为24】+4字节
};//【规则2，总大小8+12+(1+3)+4=28字节，不是min(8,16)=8的倍数，在最后一个数据成员处补4字节,使总大小为32以对齐】->总大小32字节

• 之所以这题将S1展开算也是32,是因为S1上的设置的是按2字节对齐#pragma pack(2)，若设置的按1字节对齐#pragma pack(1)，展开算依然是32，但是实际大小却是24
  
• 测试用例如下

#pragma pack(1) 
class Demo
{
	short int a;
	char ss[3];
};
#pragma pack(push)
#pragma pack(4)
struct test
{
	char ss[3];
	Demo dd;
	int a;
};

• 根据结构体对齐规则可知，Demo的大小：

#pragma pack(1) 
class Demo
{
	short int a;//2字节【规则1偏移量为0】
	char ss[3];//3字节【规则1偏移量为2，是min(1,1)=1的整数倍】
};
//【规则2：总大小5字节，是min(1,2)=1的倍数】->Demo大小:5字节

• 计算test的大小时，对于嵌套的结构体大小，若按照展开计算

方式1：直接展开
#pragma pack(4)
struct test
{
	char ss[3];//3字节->3+1字节
	class Demo
{
	short int a;//2字节【规则1，偏移量要是min(2,4)=2的倍数，所以要在前一个数据成员后补1字节】
	char ss[3];//3字节->3+3字节【规则1满足】
};
	int a;//4【规则1，偏移量4+2+3=9，不是4的整数倍，补到12】
};
//【规则2：总字节大小16，是4的整数倍】->test大小16
方式2：先算test本身，再算Demo
#pragma pack(4)
struct test
{
	char ss[3];//3+1字节
	int a;//4字节
};//->8字节
//单独算Demo
#pragma pack(4)
class Demo
{
	short int a;//2字节
	char ss[3];//3+1字节
};//->6字节
//test总大小14字节

• 展开计算test大小时，两种方式计算的大小分别为16,14，然而实际的test大小是12
  
• 这个12字节是这样计算来的

#pragma pack(4)
struct test
{
	char ss[3];//3字节
	Demo dd;//Demo没有展开，按5字节不变，按规则1以1字节对齐，相当于char ss[5]
	int a;//4字节，偏移量8，满足规则1
};
//总大小3+5+4=12字节，是min(4,4)=4的倍数，满足规则2

• 如果将Demo上的#pragma pack(1)改为#pragma pack(2)，Demo的大小变为6字节，test的大小就是16字节

  #pragma pack(4)
struct test
{
	char ss[3];//3字节
	Demo dd;//Demo没有展开，按6字节不变，按规则1以1字节对齐，相当于char ss[5]
	int a;//4字节，偏移量9，不满足规则1，要在Demo后补3字节以使偏移量为12，成为4的倍数
};//总大小：3+(6+3)+4=16字节