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C編譯器的缺省字節(jié)對(duì)齊方式（自然對(duì)界）

在缺省情況下，C編譯器為每一個(gè)變量或是數(shù)據(jù)單元按其自然對(duì)界條件分配空間。

在結(jié)構(gòu)中，編譯器為結(jié)構(gòu)的每個(gè)成員按其自然對(duì)界（alignment）條件分配空間。各個(gè)成員按照它們被聲明的順序在內(nèi)存中順序存儲(chǔ)（成員之間可能有插入的空字節(jié)），第一個(gè)成員的地址和整個(gè)結(jié)構(gòu)的地址相同。

C編譯器缺省的結(jié)構(gòu)成員自然對(duì)界條件為“N字節(jié)對(duì)齊”，N即該成員數(shù)據(jù)類型的長(zhǎng)度。如int型成員的自然對(duì)界條件為4字節(jié)對(duì)齊，而double類型的結(jié)構(gòu)成員的自然對(duì)界條件為8字節(jié)對(duì)齊。若該成員的起始偏移不位于該成員的“默認(rèn)自然對(duì)界條件”上，則在前一個(gè)節(jié)面后面添加適當(dāng)個(gè)數(shù)的空字節(jié)。

C編譯器缺省的結(jié)構(gòu)整體的自然對(duì)界條件為：該結(jié)構(gòu)所有成員中要求的最大自然對(duì)界條件。若結(jié)構(gòu)體各成員長(zhǎng)度之和不為“結(jié)構(gòu)整體自然對(duì)界條件的整數(shù)倍，則在最后一個(gè)成員后填充空字節(jié)。

例子1（分析結(jié)構(gòu)各成員的默認(rèn)字節(jié)對(duì)界條界條件和結(jié)構(gòu)整體的默認(rèn)字節(jié)對(duì)界條件）:

struct Test { char x1; // 成員x1為char型(其起始地址必須1字節(jié)對(duì)界)，其偏移地址為0

char x2; // 成員x2為char型(其起始地址必須1字節(jié)對(duì)界，其偏移地址為1

float x3; // 成員x3為float型(其起始地址必須4字節(jié)對(duì)界)，編譯器在x2和x3之間填充了兩個(gè)空字節(jié)，其偏移地址為4

char x4; // 成員x4為char型(其起始地址必須1字節(jié)對(duì)界)，其偏移地址為8

};

因?yàn)門est結(jié)構(gòu)體中，最大的成員為flaot x3，因些此結(jié)構(gòu)體的自然對(duì)界條件為4字節(jié)對(duì)齊。則結(jié)構(gòu)體長(zhǎng)度就為12字節(jié)，內(nèi)存布局為1100 1111 1000。

例子2：

#include <stdio.h>//#pragma pack(2)typedef struct { int aa1; //4個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1111 char bb1;//1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 short cc1;//2個(gè)字節(jié)對(duì)齊 011 char dd1; //1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 } testlength1; int length1 = sizeof(testlength1); //4個(gè)字節(jié)對(duì)齊，占用字節(jié)1111 1011 1000,length = 12 typedef struct { char bb2;//1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 int aa2; //4個(gè)字節(jié)對(duì)齊 01111 short cc2;//2個(gè)字節(jié)對(duì)齊 11 char dd2; //1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 } testlength2; int length2 = sizeof(testlength2); //4個(gè)字節(jié)對(duì)齊，占用字節(jié)1011 1111 1000,length = 12 typedef struct { char bb3; //1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 char dd3; //1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 int aa3; //4個(gè)字節(jié)對(duì)齊 001111 short cc23//2個(gè)字節(jié)對(duì)齊 11 } testlength3; int length3 = sizeof(testlength3); //4個(gè)字節(jié)對(duì)齊，占用字節(jié)1100 1111 1100,length = 12 typedef struct { char bb4; //1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 char dd4; //1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 short cc4;//2個(gè)字節(jié)對(duì)齊 11 int aa4; //4個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1111 } testlength4; int length4 = sizeof(testlength4); //4個(gè)字節(jié)對(duì)齊，占用字節(jié)1111 1111,length = 8int main(void) { printf("length1 = %d. ",length1); printf("length2 = %d. ",length2); printf("length3 = %d. ",length3); printf("length4 = %d. ",length4); return 0; }

改變?nèi)笔〉膶?duì)界條件(指定對(duì)界) · 使用偽指令#pragma pack (n)，C編譯器將按照n個(gè)字節(jié)對(duì)齊。 · 使用偽指令#pragma pack ()，取消自定義字節(jié)對(duì)齊方式。

這時(shí)，對(duì)齊規(guī)則為：

1、數(shù)據(jù)成員對(duì)齊規(guī)則：結(jié)構(gòu)(struct)(或聯(lián)合(union))的數(shù)據(jù)成員，第一個(gè)數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地方，以后每個(gè)數(shù)據(jù)成員的對(duì)齊按照#pragma pack指定的數(shù)值和這個(gè)數(shù)據(jù)成員自身長(zhǎng)度中，比較小的那個(gè)進(jìn)行。

2、結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)的整體對(duì)齊規(guī)則：在數(shù)據(jù)成員完成各自對(duì)齊之后，結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)本身也要進(jìn)行對(duì)齊，對(duì)齊將按照#pragma pack指定的數(shù)值和結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)最大數(shù)據(jù)成員長(zhǎng)度中，比較小的那個(gè)進(jìn)行。

結(jié)合1、2推斷：當(dāng)#pragma pack的n值等于或超過(guò)所有數(shù)據(jù)成員長(zhǎng)度的時(shí)候，這個(gè)n值的大小將不產(chǎn)生任何效果。

因此，當(dāng)使用偽指令#pragma pack (2)時(shí)，Test結(jié)構(gòu)體的大小為8，內(nèi)存布局為11 11 11 10。

需要注意一點(diǎn)，當(dāng)結(jié)構(gòu)體中包含一個(gè)子結(jié)構(gòu)體時(shí)，子結(jié)構(gòu)中的成員按照#pragma pack指定的數(shù)值和子結(jié)構(gòu)最大數(shù)據(jù)成員長(zhǎng)度中，比較小的那個(gè)進(jìn)行進(jìn)行對(duì)齊。例子如下：

#pragma pack(8)struct s1{short a;long b;};
struct s2{char c;s1 d;long long e;};#pragma pack()

sizeof(s2)的結(jié)果為24。S1的內(nèi)存布局為1100 1111，S2的內(nèi)存布局為1000 1100 1111 0000 1111 1111。

例子：

#include <stdio.h>#pragma pack(2) typedef struct { int aa1; //2個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1111 char bb1;//1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 short cc1;//2個(gè)字節(jié)對(duì)齊 011 char dd1; //1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 } testlength1; int length1 = sizeof(testlength1); //2個(gè)字節(jié)對(duì)齊，占用字節(jié)11 11 10 11 10,length = 10 typedef struct { char bb2;//1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 int aa2; //2個(gè)字節(jié)對(duì)齊 01111 short cc2;//2個(gè)字節(jié)對(duì)齊 11 char dd2; //1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 } testlength2; int length2 = sizeof(testlength2); //2個(gè)字節(jié)對(duì)齊，占用字節(jié)10 11 11 11 10,length = 10 typedef struct { char bb3; //1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 char dd3; //1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 int aa3; //2個(gè)字節(jié)對(duì)齊 11 11 short cc23//2個(gè)字節(jié)對(duì)齊 11 } testlength3; int length3 = sizeof(testlength3); //2個(gè)字節(jié)對(duì)齊，占用字節(jié)11 11 11 11,length = 8 typedef struct { char bb4; //1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 char dd4; //1個(gè)字節(jié)對(duì)齊 1 short cc4;//2個(gè)字節(jié)對(duì)齊 11 int aa4; //2個(gè)字節(jié)對(duì)齊 11 11 } testlength4; int length4 = sizeof(testlength4); //2個(gè)字節(jié)對(duì)齊，占用字節(jié)11 11 11 11,length = 8int main(void) { printf("length1 = %d. ",length1); printf("length2 = %d. ",length2); printf("length3 = %d. ",length3); printf("length4 = %d. ",length4); return 0; }

另外，還有如下的一種方式：

· __attribute((aligned (n)))，讓所作用的結(jié)構(gòu)成員對(duì)齊在n字節(jié)自然邊界上。如果結(jié)構(gòu)中有成員的長(zhǎng)度大于n，則按照最大成員的長(zhǎng)度來(lái)對(duì)齊。

· __attribute__ ((packed))，取消結(jié)構(gòu)在編譯過(guò)程中的優(yōu)化對(duì)齊，按照實(shí)際占用字節(jié)數(shù)進(jìn)行對(duì)齊。

以上的n = 1, 2, 4, 8, 16... 第一種方式較為常見(jiàn)。

審核編輯：湯梓紅

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