使用sizeof()计算结构体大小

下面代码的输出结果是：

#include  
using namespace std; 
#pragma pack(4) 
struct T{    
    char a;    
    short b;    
    char c; 
}; 
#pragma pack()
 
int main() 
{    
    cout << sizeof(T) << endl;    
    return 0; 
}

A. 4 B. 5 C. 8 D. 6

一、sizeof()计算结构体大小

结构体成员按照定义时的顺序依次存储在连续的内存空间，但是结构体的大小并不是简单的把所有成员大小相加，而是遵循一定的规则，需要考虑到系统在存储结构体变量时的地址对齐问题。

1. 结构体变量中成员的偏移量必须是成员大小的整数倍 （0是任何数的整数倍）
2. 结构体大小必须是所有成员大小的整数倍 （即所有成员大小的公倍数）
3. 结构体大小计算方式：最后一个成员的偏移量加上其大小。

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例1：

struct T{    
    char a;    
    short b;    
    char c; 
}; 

【分析】

​ 第一个成员char a的偏移量为0；
​ 第二个成员short b的偏移量为前一个成员的偏移量+前一个成员的大小，即0 + 1 = 1，因1不是该成员大小2的整数倍，所以需要调整到2（最小倍数），所以第二个成员的偏移量为2；
​ 第三个成员char c的偏移量为第二个成员的偏移量+第二成员的大小2 + 2 = 4, 4是其大小1的整数倍，所以第三个成员的偏移量为4；

​ 所以该结构体大小sizeof(T)的计算结果为最后一个成员的偏移量加上其大小即4 + 1 = 5，但5不是所有成员大小(1, 2, 1)的整数倍，所以需要补齐到**6**。

注：偏移量可以理解为结构体成员相对于结构体的起始地址

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例2：嵌套的结构体

struct T  
{  
      short a;  
      struct   
      {  
           char b;  
           int c;  
      } tmp;   
      int d;  
};

对于嵌套的结构体，应该将其展开，规则变化为：

1. tmp结构体的第一个成员的偏移量（代表tmp结构体在整个结构体中的起始地址）应当是tmp结构中最大成员大小的整数倍；
2. 其它成员的偏移量计算方法不变
3. 结构体大小sizeof(T)必须是展开后所有成员大小的整数倍

【分析】

​ 第一个成员short a的偏移量为0；
​ 第二个成员char b， 其偏移量本是前一个成员的偏移量+前一个成员的大小， 即0 + 2 = 2，但它又是tmp结构体的第一个成员，其偏移量应该是tmp结构体中最大成员int c大小4的整数倍， 所以应该调整到4；
​ 第三个成员int c，偏移量为4 + 1 = 5，调整到其自身大小整数倍8；
​ 第四个成员int d，偏移量为8 + 4 = 12，已经是自身大小整数倍，无需调整；

​ 所以该结构体大小sizeof(T)的计算结果为最后一个成员的偏移量加上其大小即12 + 4 = 16，16是展开后所有成员大小(2, 1, 4, 4)的整数倍，所以无需再调整。

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例3：包含数组成员的结构体

struct T  
{  
    float f;  
    char p;  
    int arr[3];  
};

将数组看成一个结构体，其中所有成员均为该数组类型变量，同样展开计算。

【分析】

​ 第一个成员float f偏移量为0；
​ 第二个成员char p偏移量为0 + 4 =4，是其大小1的整数倍，无需调整；
​ 第三个成员int arr[3]为数组，展开为三个int类型成员计算
​ …
​ 最后一个成员的偏移量为16

​ 所以该结构体大小sizeof(T)的计算结果为最后一个成员的偏移量加上其大小即16 + 4 = 20，16是展开后所有成员大小(4, 1, 4)的整数倍，所以无需再调整。

二、#pragma pack(n)

编译器中提供了#pragma pack(n)来设定变量以n字节对齐方式。n字节对齐就是说变量存放的起始地址的偏移量有两种情况：

• 如果n大于等于该变量所占用的字节数，那么偏移量必须满足默认的对齐方式
• 如果n小于该变量的类型所占用的字节数，那么偏移量为n的倍数，不用满足默认的对齐方式。

结构的总大小也有个约束条件，分下面两种情况：

• 如果n大于所有成员变量类型所占用的字节数，那么结构的总大小必须为占用空间最大的变量占用的空间数的倍数；
• 否则必须为n的倍数。

总结一下，就是两条判断原则：

1. 每个成员的偏移量必须是**x**的倍数， x = min(n,该成员大小)

2. 结构体的总大小必须是**y**的倍数， y = min(n,占用空间大的变量的字节数）

例：

#pragma pack(4) 
struct T{    
    char a;    
    short b;    
    char c; 
}; 
#pragma pack()

【分析】

​ n = 4;
​ 第一个成员char a，其偏移量为0（无论n的值和第一个成员的类型，第一个成员的偏移量总是0）；
​ 第二个成员short b， 计算x = min(4, 2) = 2，其偏移量为第一个成员的偏移量＋第一个成员的大小，即0 + 1 = 1，因为1不是x的倍数，所以偏移量调整为2；
​ 第三个成员char c，计算x = min(4, 1) = 1的偏移量为第二个成员的偏移量+第二成员的大小，即2 + 2 = 4, 4是x的整数倍，所以第三个成员的偏移量为4；

​ 计算y = min(4, max(1, 2, 1)) = 2， 该结构体大小sizeof(T)的计算结果为最后一个成员的偏移量加上其大小即4 + 1 = 5，但5不是y的整数倍，所以需要补齐到6。

三、总结

1. 计算每个成员的偏移量：第一个成员偏移量总是0；其它成员偏移量=前一个成员偏移量+前一个成员大小， 然后根据规则调整；
2. 计算结构体大小 = 最后一个成员偏移量 + 最后一个成员大小；再根据规则调整。
3. 标注#pragma pack(n)和不标注的规则不一样， 嵌套结构体（或者带数组成员的结构体）的规则也发生变化。