C++中的结构体所占内存空间总结

因为结构体有时候需要字节对齐。一般而言，struct 的 sizeof 是所有成员字节对齐后长度相加，而 union 的 sizeof 是取最大的成员长度。

在默认情况下，编译器为每一个变量或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默认的对界条件：

(1) 使用伪指令#pragma pack(n)，C编译器将按照n个字节对齐。

(2) 使用伪指令#pragma pack()，取消自定义字节对齐方式。

字节对齐的细节和编译器实现相关，但一般而言，满足以下3个准则：

(1) 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除。

(2) 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量（offset）都是成员大小的整数倍，如有需要编译器会在成员之间加上填充字节。

(3) 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节。

需要注意的是，基本类型是指前面提到的像 char、short、int、float、double 这样的内置数据类型。如果一个结构体中包含另外一个结构体成员，那么此时最宽基本类型成员不是该结构体成员，而是取基本类型的最宽值。

1、 默认对齐方式

#include <iostream>

using namespace std;

typedef struct
{
	char ch1;   // 1个字节，成员的大小为1，所以不用补齐，结构体大小就是1的整数倍，为3
	char ch2;
	char ch3;
}A1;

typedef struct
{
	int num;   // 5个字节，补齐为8字节
	char ch;
}A2;

typedef struct
{
	char a; // 1字节+补齐
	int b; // 8字节
	long long  c;  // 16字节
	char d; // TotalSize= 17 ,但是不是成员c的倍数，所以+7 == 24,才是8的倍数
}A3;

typedef struct
{
	long num; // 4字节
	char * name; // 8字节
	short int data; // 10字节
	char ha; // 11字节+补齐，为12字节
}A4;

int main(void)
{
	cout << "A1: " << sizeof(A1) << endl; // A1: 3
	cout << "A2: " << sizeof(A2) << endl; // A2: 8
	cout << "A3: " << sizeof(A3) << endl; // A3: 24
	cout << "A4: " << sizeof(A4) << endl; // A4: 12

	return 0;
}

2、位域方式

#include <iostream>

using namespace std;

typedef struct
{
	char ch1:1; // 1+3+3=7位，所以只占1个字节
	char ch2:3;
	char ch3:3;
}A1;

typedef struct
{
	char ch1 : 5; // 5+5+3=13位，所以只占2个字节
	char ch2 : 5;
	char ch3 : 3;
}A2;

typedef struct
{
	char ch1 : 5; // 5+5+4=14位，却占3个字节 【注意】
	char ch2 : 5;
	char ch3 : 4;
}A3;

typedef struct
{
	char ch1 : 7; // 7+7=14位，却只占2个字节 【注意】
	char ch2 : 7;
}A4;

typedef struct
{
	char ch1 : 1; // 偏移1个字节
	int a : 16; // 偏移5个字节
	int b : 16; // 偏移5个字节，因为16+16<=32，未超出“int”，所以只补齐为8个字节
}A5;

typedef struct
{
	char ch1 : 1; // 偏移1个字节
	int a : 16; // 偏移5个字节
	int b : 17; // 偏移5个字节，因为16+17>33，超出“int”，所以补齐为12个字节
}A6;

int main(void)
{
	cout << "A1: " << sizeof(A1) << endl; // A1: 1
	cout << "A2: " << sizeof(A2) << endl; // A2: 2
	cout << "A3: " << sizeof(A3) << endl; // A3: 3
	cout << "A4: " << sizeof(A4) << endl; // A4: 2
	cout << "A5: " << sizeof(A5) << endl; // A5: 8
	cout << "A6: " << sizeof(A6) << endl; // A6: 12

	return 0;
}

3、使用#pragma pack(n)

#include <iostream>
using namespace std;

#pragma pack(1) // 要求补齐为“1”的倍数
typedef struct
{
	char ch1; // 1+0 字节，由于自定义了对齐方式，所以不再补齐
	int b; // 5 字节
	int a; // 9 字节
}A1;

#pragma pack(2) // 要求补齐为“2”的倍数
typedef struct
{
	char ch1; // 1+1 字节，由于自定义了对齐方式，补齐为"2"的倍数
	int b; // 6 字节
	int a; // 10 字节
}A2;

#pragma pack(4)  // 要求补齐为“4”的倍数
typedef struct
{
	char ch1; // 1+3 字节，由于自定义了对齐方式，补齐为"4"的倍数
	int b; // 8 字节
	int a; // 12 字节
}A3;

int main(void)
{
	cout << "A1: " << sizeof(A1) << endl; // A1: 9
	cout << "A2: " << sizeof(A2) << endl; // A2: 10
	cout << "A3: " << sizeof(A3) << endl; // A3: 12

	return 0;
}

注意当 #pragma pack 的 n 值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个 n 值的大小将不产生任何效果。

4、结构体中有结构体成员

#include "stdafx.h"
#include <iostream>

using namespace std;

typedef struct
{
	short i; // 2字节

	char c; // 3字节，由于后一个数据为int类型，故补齐为4字节
	int j; // 8字节

	int k; // 12字节
}A1;

/*
如果结构体中的成员又是另外一种结构体类型时应该怎么计算呢？只需把其展开即可。
但有一点需要注意，展开后的结构体的第一个成员的偏移量应当是被展开的结构体中最大的成员的整数倍。
结构体stu5的成员ss.c的偏移量应该是4，而不是2。
*/
typedef struct
{
	short i; // 2+2字节 （因为展开后的结构体的第一个成员的偏移量为4）

	struct
	{
		char c; // 5字节，补齐为8
		int j; // 12字节
	}A;

	int k; // 16字节

}A2;

int main(void)
{
	cout << "A1: " << sizeof(A1) << endl; // A1: 12
	cout << "A2: " << sizeof(A2) << endl; // A2: 16

	return 0;
}