在預設情況下,C編譯器為每一個變量或是資料單元按其自然對界條件配置設定空間。
在結構中,編譯器為結構的每個成員按其自然對界(alignment)條件配置設定空間。各個成員按照它們被聲明的順序在記憶體中順序存儲(成員之間可能有插入的空位元組),第一個成員的位址和整個結構的位址相同。
C編譯器預設的結構成員自然對界條件為“N位元組對齊”,N即該成員資料類型的長度。如int型成員的自然對界條件為4位元組對齊,而double類型的結構成員的自然對界條件為8位元組對齊。若該成員的起始偏移不位于該成員的“預設自然對界條件”上,則在前一個節面後面添加适當個數的空位元組。
C編譯器預設的結構整體的自然對界條件為:該結構所有成員中要求的最大自然對界條件。若結構體各成員長度之和不為“結構整體自然對界條件的整數倍,則在最後一個成員後填充空位元組。
例子1(分析結構各成員的預設位元組對界條界條件和結構整體的預設位元組對界條件):
struct
Test
{
char
x1;
//
成員x1為char型(其起始位址必須1位元組對界),其偏移位址為0
char
x2;
//
成員x2為char型(其起始位址必須1位元組對界,其偏移位址為1
float
x3;
//
成員x3為float型(其起始位址必須4位元組對界),編譯器在x2和x3之間填充了兩個空位元組,其偏移位址為4
char
x4;
//
成員x4為char型(其起始位址必須1位元組對界),其偏移位址為8
};
因為Test結構體中,最大的成員為flaot x3,因些此結構體的自然對界條件為4位元組對齊。則結構體長度就為12位元組,記憶體布局為1100 1111 1000。
例子2:
#include
<
stdio.h
>
//
#pragma pack(2)
typedef
struct
{
int
aa1;
//
4個位元組對齊 1111
char
bb1;
//
1個位元組對齊 1
short
cc1;
//
2個位元組對齊 011
char
dd1;
//
1個位元組對齊 1
} testlength1;
int
length1
=
sizeof
(testlength1);
//
4個位元組對齊,占用位元組1111 1011 1000,length = 12
typedef
struct
{
char
bb2;
//
1個位元組對齊 1
int
aa2;
//
4個位元組對齊 0001111
short
cc2;
//
2個位元組對齊 11
char
dd2;
//
1個位元組對齊 10
} testlength2;
int
length2
=
sizeof
(testlength2);
//
4個位元組對齊,占用位元組1000 1111 1100,length = 12
typedef
struct
{
char
bb3;
//
1個位元組對齊 1
char
dd3;
//
1個位元組對齊 1
int
aa3;
//
4個位元組對齊 001111
short
cc23
//
2個位元組對齊 11
} testlength3;
int
length3
=
sizeof
(testlength3);
//
4個位元組對齊,占用位元組1100 1111 1100,length = 12
typedef
struct
{
char
bb4;
//
1個位元組對齊 1
char
dd4;
//
1個位元組對齊 1
short
cc4;
//
2個位元組對齊 11
int
aa4;
//
4個位元組對齊 1111
} testlength4;
int
length4
=
sizeof
(testlength4);
//
4個位元組對齊,占用位元組1111 1111,length = 8
int
main(
void
)
{
printf(
"
length1 = %d.\n
"
,length1);
printf(
"
length2 = %d.\n
"
,length2);
printf(
"
length3 = %d.\n
"
,length3);
printf(
"
length4 = %d.\n
"
,length4);
return
;
}
改變預設的對界條件(指定對界)
· 使用僞指令#pragma pack (n),C編譯器将按照n個位元組對齊。
· 使用僞指令#pragma pack (),取消自定義位元組對齊方式。
這時,對齊規則為:
、資料成員對齊規則:結構(struct)(或聯合(union))的資料成員,第一個資料成員放在offset為0的地方,以後每個資料成員的對齊按照#pragma pack指定的數值和這個資料成員自身長度中,比較小的那個進行。
2、結構(或聯合)的整體對齊規則:在資料成員完成各自對齊之後,結構(或聯合)本身也要進行對齊,對齊将按照#pragma pack指定的數值和結構(或聯合)最大資料成員長度中,比較小的那個進行。
結合1、2推斷:當#pragma pack的n值等于或超過所有資料成員長度的時候,這個n值的大小将不産生任何效果。
是以,當使用僞指令#pragma pack (2)時,Test結構體的大小為8,記憶體布局為11 11 11 10。
需要注意一點,當結構體中包含一個子結構體時,子結構中的成員按照#pragma pack指定的數值和子結構最大資料成員長度中,比較小的那個進行進行對齊。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)的結果為24。S1的記憶體布局為1100 1111,S2的記憶體布局為1000 1100 1111 0000 1111 1111。
例子:
#include
<
stdio.h
>
#pragma
pack(2)
typedef
struct
{
int
aa1;
//
2個位元組對齊 1111
char
bb1;
//
1個位元組對齊 1
short
cc1;
//
2個位元組對齊 011
char
dd1;
//
1個位元組對齊 1
} testlength1;
int
length1
=
sizeof
(testlength1);
//
2個位元組對齊,占用位元組11 11 10 11 10,length = 10
typedef
struct
{
char
bb2;
//
1個位元組對齊 1
int
aa2;
//
2個位元組對齊 01111
short
cc2;
//
2個位元組對齊 11
char
dd2;
//
1個位元組對齊 1
} testlength2;
int
length2
=
sizeof
(testlength2);
//
2個位元組對齊,占用位元組10 11 11 11 10,length = 10
typedef
struct
{
char
bb3;
//
1個位元組對齊 1
char
dd3;
//
1個位元組對齊 1
int
aa3;
//
2個位元組對齊 11 11
short
cc23
//
2個位元組對齊 11
} testlength3;
int
length3
=
sizeof
(testlength3);
//
2個位元組對齊,占用位元組11 11 11 11,length = 8
typedef
struct
{
char
bb4;
//
1個位元組對齊 1
char
dd4;
//
1個位元組對齊 1
short
cc4;
//
2個位元組對齊 11
int
aa4;
//
2個位元組對齊 11 11
} testlength4;
int
length4
=
sizeof
(testlength4);
//
2個位元組對齊,占用位元組11 11 11 11,length = 8
int
main(
void
)
{
printf(
"
length1 = %d.\n
"
,length1);
printf(
"
length2 = %d.\n
"
,length2);
printf(
"
length3 = %d.\n
"
,length3);
printf(
"
length4 = %d.\n
"
,length4);
return
;
}
另外,還有如下的一種方式: