sizeof：（含位域）结构体内存对齐，压缩存储

sizeof：（含位域）结构体内存对齐，压缩存储

在此特别感谢在百度知道里帮我解答疑惑的 confuciuskg。
注：没有额外声明的结果均是在VC++环境中测试得到的结果。
1. sizeof 给出其操作数存储字节大小。

cout  <<   "  sizeof:  "   <<  endl;
    cout  <<   " char =  "   <<   sizeof ( char )  <<  endl;  // 1
    cout  <<   " short int =  "   <<   sizeof ( short   int )  <<  endl;  // 2
    cout  <<   " unsigned short =  "   <<   sizeof (unsigned  short )  <<  endl;  // 2
    cout  <<   " int =  "   <<   sizeof ( int )  << endl;  // 4
    cout  <<   " unsigned int =  "   <<   sizeof (unsigned  int )  <<  endl;  // 4   
    cout  <<   " long int =  "   <<   sizeof ( long   int )  <<  endl;  // 4
    cout  <<   " unsigned long =  "   <<   sizeof (unsigned  long )  <<  endl;  // 4
    cout  <<   " float =  "   <<   sizeof ( float )  <<  endl;  // 4
    cout  <<   " double =  "   << sizeof ( double )  <<  endl;  // 8
    cout  <<   " long double =  "   <<   sizeof ( long   double )  <<  endl;  // 12
     double   * a0;
    cout  <<   " double *a0 =  "   <<   sizeof (a0)  <<  endl;  // 4， 因为地址是int类型
     double  b0[ 10 ];
    cout  <<   " double b0[10] =  "   <<   sizeof (b0)  <<  endl;  // 8*10=80
     struct  c0  {    } ;
    cout  <<   " struct c0{}; =  "   <<   sizeof (c0)  <<  endl;  //1  空的struct和结构体类型长度为1
     char  func( int  a);
    cout  <<   " char func(int a); =  "   <<   sizeof (func( 1 ))  << endl;  //1  求的是函数返回类型的长度

2. 内存对齐：

struct  T
     {
        int i;
        char j;
    } ;
    cout  <<   "  struct T{int i; char j;} =  "   <<   sizeof (T)  << endl;  // 8

概念：实际的计算机系统对基本数据类型在内存中存放有限制。他们要求这些数据的首地址是某个数k的倍数，k被称作对齐模数(alignment modulus).
作用：一是简化处理器与内存之间传输系统的设计（这个我是不懂的）；二是提升读取数据的速度。
对齐准则：
对于VC：
a. 结构体变量的首地址能被其最宽数据类型成员的大小所整除。这个最宽数据类型大小作为对齐模数。
b. 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量（offset）都是这个成员大小的整数倍。
c. 结构体的总大小对齐模数的倍数。
对于GNU GCC：
区别是其对齐模数对大只能是4，根据上面的原则得出大于4的值时以4替代。

struct  T1
     {
        char c;
        double d;
        int i;
    } ;
    cout  <<   " struc T1{char c; double d; int i;} =  "   <<   sizeof (T1)  <<  endl;  // vc6.0环境： 24

3. 结构体位域：

struct N
{
   char c:2;
   double i;
   int c2:4;
} ;

有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节，而只需占几个或一个二进制位（一个字节8个二进制位）。为了节省存储空间，并使处理简便，C语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域， 并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。
注意：一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨字节。一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。（从这里也能看出一个位域不能超过8）。
4.含位域结构体内存对齐：
a. 如果相邻位域类型相同，位宽之和小于类型的sizeof大小,则后面的字段紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止；
b. 如果相邻位域类型相同，位宽之和大于类型的sizeof大小，则后面的字段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍；
c. 如果相邻位域类型不用，则vc6采取不压缩方式，dev-c++ 和GCC都采取压缩方式。
5. 非压缩存储：

  struct  T0
     {
        char c:2;
        int i:1;
    } ;
    cout  <<   " struct T0{ char c:2; int i:1;} =  "   <<   sizeof (T0)  <<  endl;  // dev c++:4  vc6:8

依然要满足不含位域结构体内存对齐准则第2条，i成员相对于结构体首地址的偏移应该是4的整数倍，所以c成员后要填充3个字节，然后再开辟4个字节的空间作为int型，其中4位用来存放i，所以上面结构体在VC中所占空间为8个字节；而对于采用压缩方式的编译器来说，遵循不含位域结构体内存对齐准则第2条，不同的是，如果填充的3个字节能容纳后面成员的位，则压缩到填充字节中，不能容纳，则要单独开辟空间，所以上面结构体T0在GCC或者Dev-C++中所占空间应该是4个字节。
6. 嵌套结构体的sizeof：  对齐模数的选择只能是根据基本数据类型，所以对于结构体中嵌套结构体，只能考虑其拆分的基本数据类型。对于对齐准则中的第2条，也是根据内层结构体中基本数据类型的最宽长度（而不是网上大量转载的要将整个结构体看成是一个成员，成员大小按照该结构体根据对齐准则判断所得的大小）。给个例子予以说明：

union a 
     {
        int a_int1;
        double a_double;
        int a_int2;
    } ;

    typedef  struct
     {
        a a1;
        char y;
    }  b;

     class  c  // 嵌套
     {
    public:
         double c_double;
        b b1;
        a a2;
    } c1;
    cout  <<   " a =  "   <<   sizeof (a)  <<  endl;  // 8
    cout  <<   " b =  "   <<   sizeof (b)  <<  endl;  // 16，平移了0位至第9字节，而不是17字节
    cout  <<   " c =  "   <<   sizeof (c)  <<  endl;  // 32，
    cout   <<   & (c1.c_double)  <<   " , "   <<   & (c1.b1)  <<   " , "   <<   & (c1.a2)  << endl;     //  0012FF0C, 0012FF14, 0012FF24

 
7. 类对象的sizeof：类对象在内存中存放的方式和结构体类似，这里就不再说明。需要指出的是，类对象的大小只是包括类中非静态成员变量所占的空间，因为静态变量的存储位置与结构或者类的实例地址无关。 如果有虚函数，那么再另外增加一个指针所占的空间即可。
8. 一些修改对齐模数的命令
#pragma pack(push) //保存对齐状态
#pragma pack(n) /设置对齐模数（选择n和一般情况下选出来的模数的较小者做对齐模数）
#pragma pack(pop) //恢复对齐状态