#pragma pack 文章收集

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一、n字节的对齐方式

    VC对结构的存储的特殊处理确实提高CPU存储变量的速度，但是有时候也带来了一些麻烦，我们也屏蔽掉变量默认的对齐方式，自己可以设定变量的对齐方式。

　　VC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：第一、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，第二、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。下面举例说明其用法。

　　#pragma pack(push) //保存对齐状态

　　#pragma pack(4)//设定为4字节对齐

　　struct test

　　{

　　char m1;

　　double m4;

　　int m3;

　　};

　　#pragma pack(pop)//恢复对齐状态

　　以上结构体的大小为16，下面分析其存储情况，首先为m1分配空间，其偏移量为0，满足我们自己设定的对齐方式（4字节对齐），m1大小为1个字节。接着开始为m4分配空间，这时其偏移量为4，需要补足3个字节，这样使偏移量满足为n=4的倍数（因为sizeof(double)大于4）,m4占用8个字节。接着为m3分配空间，这时其偏移量为12，满足为4的倍数，m3占用4个字节。这时已经为所有成员变量分配了空间，共分配了16个字节，满足为n的倍数。如果把上面的#pragma pack(4)改为#pragma pack(8)，那么我们可以得到结构的大小为24。

二、#pragma pack(n) 对齐用法详解

　　什么是对齐，以及为什么要对齐： 现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要 各类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。 对齐的作用和原因：各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出，而如果存放在奇地址开始的地方，就可能会需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该int数据。显然在读取效率上下降很多。这也是空间和时间的博弈。 对齐的实现 通常，我们写程序的时候，不需要考虑对齐问题。 编译器会替我们选择时候目标平台的对齐策略。当然，我们也可以通知给编译器传递预编译指令而改变对指定数据的对齐方法。 但是，正因为我们一般不需要关心这个问题，所以因为 编辑器对数据存放做了对齐，而我们不了解的话，常常会对一些问题感到迷惑。最常见的就是struct 数据结构的sizeof结果，出乎意料。为此，我们需要对对齐算法所了解。

　　作用：指定结构体、联合以及类成员的packing alignment;

　　语法：#pragma pack( [show] | [push | pop] [, identifier], n )

　　说明：1，pack提供数据声明级别的控制，对定义不起作用；2，调用pack时不指定参数，n将被设成默认值；3，一旦改变数据类型的alignment，直接效果就是占用memory的减少，但是performance会下降；

　　语法具体分析：1，show：可选参数；显示当前packing aligment的字节数，以warning message的形式被显示；2，push：可选参数；将当前指定的packing alignment数值进行压栈操作，这里的栈是the internal compiler stack，同时设置当前的packing alignment为n；如果n没有指定，则将当前的packing alignment数值压栈；3，pop：可选参数；从internal compiler stack中删除最顶端的record；如果没有指定n，则当前栈顶record即为新的packing alignment数值；如果指定了n，则n将成为新的packing aligment数值；如果指定了identifier，则internal compiler stack中的record都将被pop直到identifier被找到，然后pop出identitier，同时设置packing alignment数值为当前栈顶的record；如果指定的identifier并不存在于internal compiler stack，则pop操作被忽略；4，identifier：可选参数；当同push一起使用时，赋予当前被压入栈中的record一个名称；当同pop一起使用时，从internal compiler stack中pop出所有的record直到identifier被pop出，如果identifier没有被找到，则忽略pop操作；5，n：可选参数；指定packing的数值，以字节为单位；缺省数值是8，合法的数值分别是1、2、4、8、16。

　　重要规则：1，复杂类型中 各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储（转注： 遇到public/protected/private关键字时，其分组内的顺序默认，但不同组之间顺序则可能被编译器调整）， 第一个成员的地址和整个类型的地址相同；2，每个成员分别对齐，即 每个成员按自己的方式对齐，并最小化长度；规则就是每个 成员按其类型的对齐参数（通常是这个类型的大小）和指定对齐参数中较小的一个对齐；3，结构、联合或者类的数据成员， 第一个放在偏移为0的地方；以后每个数据成员的对齐，按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度两个中比较小的那个进行；也就是说，当#pragma pack指定的值 等于或者超过所有数据成员长度的时候，这个指定值的大小将不产生任何效果；4， 复杂类型（如结构）整体的对齐<注意是“整体”>是按照结构体中长度最大的数据成员和#pragma pack指定值之间较小的那个值进行；这样在成员是复杂类型时，可以最小化长度；5，结构 整体长度的计算必须取 所用过的所有对齐参数的整数倍，不够补空字节；也就是取所用过的所有对齐参数中最大的那个值的整数倍，因为对齐参数都是2的n次方；这样在处理 数组时可以保证每一项都边界对齐；

　　对齐的算法： 由于各个平台和编译器的不同，现以本人使用的gcc version 3.2.2编译器（32位x86平台）为例子，来讨论编译器对struct数据结构中的各成员如何进行对齐的。

　　在相同的对齐方式下，结构体内部数据定义的顺序不同，结构体整体占据内存空间也不同，如下： 设结构体如下定义： struct A { int a; char b; short c; }; 结构体A中包含了4字节长度的int一个，1字节长度的char一个和2字节长度的short型数据一个。所以A用到的空间应该是7字节。但是因为编译器要对数据成员在空间上进行对齐。所以使用sizeof(strcut A)值为8。 现在把该结构体调整成员变量的顺序。 struct B { char b; int a; short c; }; 这时候同样是总共7个字节的变量，但是sizeof(struct B)的值却是12。 下面我们使用预编译指令#pragma pack (value)来告诉编译器，使用我们指定的对齐值来取代缺省的。 #pragma pack (2) /*指定按2字节对齐，等价于#pragma pack(push,2)*/ struct C { char b; int a; short c; }; #pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐,等价于#pragma pack(pop)*/ sizeof(struct C)值是8。 修改对齐值为1：#pragma pack (1) /*指定按1字节对齐*/ struct D { char b; int a; short c; }; #pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/ sizeof(struct D)值为7。 对于char型数据，其自身对齐值为1，对于short型为2，对于int,float,double类型，其自身对齐值为4，单位字节。

　　这里面有四个概念值： 1.数据类型自身的对齐值：就是上面交代的基本数据类型的自身对齐值。 2.指定对齐值：#pragma pack (value)时的指定对齐值value。 3.结构体或者类的自身对齐值：其数据成员中自身对齐值最大的那个值。 4.数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中小的那个值。 有了这些值，我们就可以很方便的来讨论具体数据结构的成员和其自身的对齐方式。有效对齐值N是最终用来决定数据存放地址方式的值，最重要。有效对齐N，就是表示“对齐在N上”，也就是说该数据的"存放起始地址%N=0".而数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序来排放的。第一个数据变量的起始地址就是数据结构的起始地址。结构体的成员变量要对齐排放，结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整(就是结构体成员变量占用总长度需要是对结构体有效对齐值的整数倍，结合下面例子理解)。这样就不能理解上面的几个例子的值了。 例子分析： 分析例子B； struct B { char b; int a; short c; }; 假设B从地址空间0x0000开始排放。该例子中没有定义指定对齐值，在笔者环境下，该值默认为4。

　　第一个成员变量b的自身对齐值是1，比指定或者默认指定对齐值4小，所以其有效对齐值为1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.

　　第二个成员变量a，其自身对齐值为4，所以有效对齐值也为4，所以只能存放在起始地址为0x0004到0x0007这四个连续的字节空间中，符合0x0004%4=0, 且紧靠第一个变量。

　　第三个变量c,自身对齐值为2，所以有效对齐值也是2，可以存放在0x0008到0x0009这两个字节空间中，符合0x0008%2=0。所以从0x0000到0x0009存放的都是B内容。

　　再看数据结构B的自身对齐值为其变量中最大对齐值(这里是b）所以就是4，所以结构体的有效对齐值也是4。根据结构体圆整的要求，0x0009到0x0000=10字节，（10+2）%4=0。所以0x0000A到0x000B也为结构体B所占用。故B从0x0000到0x000B共有12个字节,sizeof(struct B)=12; 同理,分析上面例子C： #pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/ struct C { char b; int a; short c; }; #pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/ 第一个变量b的自身对齐值为1，指定对齐值为2，所以，其有效对齐值为1，假设C从0x0000开始，那么b存放在0x0000，符合0x0000%1=0;

　　第二个变量，自身对齐值为4，指定对齐值为2，所以有效对齐值为2，所以顺序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四个连续字节中，符合0x0002%2=0。

　　第三个变量c的自身对齐值为2，所以有效对齐值为2，顺序存放在0x0006、0x0007中，符合0x0006%2=0。所以从0x0000到0x00007共八字节存放的是C的变量。

　　又C的自身对齐值为4，所以C的有效对齐值为2。又8%2=0,C只占用0x0000到0x0007的八个字节。所以sizeof(struct C)=8.

-------- http://www.sf.org.cn/Article/base/200509/260.html

作者：一病挨踢    文章来源：http://blog.donews.com/kingle/archive/2005/07/02/451422.aspx    更新时间：2005-9-14 0:41:46 19063

在C语言中，结构是一种复合数据类型，其构成元素既可以是基本数据类型（如int、long、float等）的变量，也可以是一些复合数据类型（如数组、结构、联合等）的数据单元。在结构中，编译器为结构的每个成员按其自然对界（alignment）条件分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同。 例如，下面的结构各成员空间分配情况： struct test {      char x1;      short x2;      float x3;      char x4; }; 结构的第一个成员x1，其偏移地址为0，占据了第1个字节。第二个成员x2为short类型，其起始地址必须2字节对界，因此，编译器在x2和x1之间填充了一个空字节。结构的第三个成员x3和第四个成员x4恰好落在其自然对界地址上，在它们前面不需要额外的填充字节。在test结构中，成员x3要求4字节对界，是该结构所有成员中要求的最大对界单元，因而test结构的自然对界条件为4字节，编译器在成员x4后面填充了3个空字节。整个结构所占据空间为12字节。 更改C编译器的缺省字节对齐方式 在缺省情况下，C编译器为每一个变量或是数据单元按其自然对界条件分配空间。一般地，可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件：      · 使用伪指令#pragma pack (n)，C编译器将按照n个字节对齐。      · 使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐方式。 另外，还有如下的一种方式：      · __attribute((aligned (n)))，让所作用的结构成员对齐在n字节自然边界上。如果结构中有成员的长度大于n，则按照最大成员的长度来对齐。      · __attribute__ ((packed))，取消结构在编译过程中的优化对齐，按照实际占用字节数进行对齐。 以上的n = 1, 2, 4, 8, 16... 第一种方式较为常见。 ( via http://blog.csdn.net/wenddy112/articles/300583.aspx ) 下面有一道在 CSDN论坛 上讨论火热的题： Intel和微软和本公司同时出现的面试题 #pragma pack(8) struct s1{ short a; long b; }; struct s2{ char c; s1 d; long long e; }; #pragma pack() 问 1.sizeof(s2) = ? 2.s2的c后面空了几个字节接着是d? 感谢 redleaves(ID最吊的网友) 的解答，结果如下： sizeof(S2)结果为24. 成员对齐有一个重要的条件,即每个成员分别对齐.即每个成员按自己的方式对齐. 也就是说上面虽然指定了按8字节对齐,但并不是所有的成员都是以8字节对齐.其对齐的规则是,每个成员按其类型的对齐参数(通常是这个类型的大小)和指定对齐参数(这里是8字节)中较小的一个对齐.并且结构的长度必须为所用过的所有对齐参数的整数倍,不够就补空字节. S1中,成员a是1字节默认按1字节对齐,指定对齐参数为8,这两个值中取1,a按1字节对齐;成员b是4个字节,默认是按4字节对齐,这时就按4字节对齐,所以sizeof(S1)应该为8; S2中,c和S1中的a一样,按1字节对齐,而d 是个结构,它是8个字节,它按什么对齐呢?对于结构来说,它的默认对齐方式就是它的所有成员使用的对齐参数中最大的一个,S1的就是4.所以,成员d就是按4字节对齐.成员e是8个字节,它是默认按8字节对齐,和指定的一样,所以它对到8字节的边界上,这时,已经使用了12个字节了,所以又添加了4个字节的空,从第16个字节开始放置成员e.这时,长度为24,已经可以被8(成员e按8字节对齐)整除.这样,一共使用了24个字节.                           a    b S1的内存布局：11**,1111,                           c    S1.a S1.b     d S2的内存布局：1***,11**,1111,****11111111 这里有三点很重要: 1.每个成员分别按自己的方式对齐,并能最小化长度 2.复杂类型(如结构)的默认对齐方式是它最长的成员的对齐方式,这样在成员是复杂类型时,可以最小化长度 3.对齐后的长度必须是成员中最大的对齐参数的整数倍,这样在处理数组时可以保证每一项都边界对齐 补充一下,对于数组,比如: char a[3];这种,它的对齐方式和分别写3个char是一样的.也就是说它还是按1个字节对齐. 如果写: typedef char Array3[3]; Array3这种类型的对齐方式还是按1个字节对齐,而不是按它的长度. 不论类型是什么,对齐的边界一定是1,2,4,8,16,32,64....中的一个. 测试的编译器： GCC 2.95 3.1 3.3 3.4 4.0 MS C/C++ 7.0 7.1 8.0 beta Borland C/C++ 5.6 6.0 Intel C/C++ 7.0 8.0 8.1 DigitalMars C/C++ 8.4 OpenWatcom 1.3 Codeplay C/C++ 2.1.7

-------- MSDN 帮助文件

pack 

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Specifies packing alignment for structure, union, and class members.

View ColorizedCopy to ClipboardPrint#pragma pack( [ show ] | [ push | pop ] [, identifier ] , n  )
#pragma pack( [ show ] | [ push | pop ] [, identifier ] , n  )

Remarks
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pack gives control at the data-declaration level. This differs from compiler option /Zp, which only provides module-level control. pack takes effect at the first struct, union, or class declaration after the pragma is seen. pack has no effect on definitions. Calling pack with no arguments sets n to the value set in the compiler option /Zp. If the compiler option is not set, the default value is 8.

If you change the alignment of a structure, it may not use as much space in memory, but you may see a decrease in performance or even get a hardware-generated exception for unaligned access. You can modify this exception behavior by using SetErrorMode.

show(optional)
Displays the current byte value for packing alignment. The value is displayed by a warning message.

push(optional)
Pushes the current packing alignment value on the internal compiler stack, and sets the current packing alignment value to n. If n is not specified, the current packing alignment value is pushed.

pop(optional)
Removes the record from the top of the internal compiler stack. If n is not specified with pop, then the packing value associated with the resulting record on the top of the stack is the new packing alignment value. If n is specified, for example, #pragma pack(pop, 16), n becomes the new packing alignment value. If you pop with identifier, for example, #pragma pack(pop, r1), then all records on the stack are popped until the record that has identifier is found. That record is popped and the packing value associated with the resulting record on the top of is the stack the new packing alignment value. If you pop with an identifier that is not found in any record on the stack, then the pop is ignored.

identifier(optional)
When used with push, assigns a name to the record on the internal compiler stack. When used with pop, pops records off the internal stack until identifier is removed; if identifier is not found on the internal stack, nothing is popped.

n (optional)
Specifies the value, in bytes, to be used for packing. If the compiler option /Zp is not set for the module, the default value for n is 8. Valid values are 1, 2, 4, 8, and 16. The alignment of a member will be on a boundary that is either a multiple of n or a multiple of the size of the member, whichever is smaller.

#pragma pack(pop,identifier, n) is undefined.

For more information about how to modify alignment, see these topics:

__alignof

align

__unaligned

Examples of Structure Alignment (x64 specific)

Example
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The following sample shows how to use the pack pragma to change the alignment of a structure.

// pragma_directives_pack.cpp
#include <stddef.h>
#include <stdio.h>

struct S {
   int i;   // size 4
   short j;   // size 2
   double k;   // size 8
};

#pragma pack(2)
struct T {
   int i;
   short j;
   double k;
};

int main() {
   printf("%d ", offsetof(S, i));
   printf("%d ", offsetof(S, j));
   printf("%d\n", offsetof(S, k));

   printf("%d ", offsetof(T, i));
   printf("%d ", offsetof(T, j));
   printf("%d\n", offsetof(T, k));
}

 

0 4 8
0 4 6

The following sample shows how to use the push, pop, and show syntax.

// pragma_directives_pack_2.cpp
// compile with: /W1 /c
#pragma pack()   // n defaults to 8; equivalent to /Zp8
#pragma pack(show)   // C4810
#pragma pack(4)   // n = 4
#pragma pack(show)   // C4810
#pragma pack(push, r1, 16)   // n = 16, pushed to stack
#pragma pack(show)   // C4810
#pragma pack(pop, r1, 2)   // n = 2 , stack popped
#pragma pack(show)   // C4810

See Also
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Reference
'Pragma Directives and the __Pragma Keyword'