C++ 学习笔记3，struct长度測试，struct存储时的对齐方式

之所以专门为struct的长度写一篇測试，是由于原来c++对于struct的变量，

在分配内存的时候，c++对struct有一种特殊的存储机制。

看以下的測试：

一。在Windows7 32bit ，IDE为VS2010中測试

#include <iostream>
using namespace std;

//结构体測试
//測试环境为Windows 32bit,IDE为VS2010

//结构体
struct structZero//长度为1，无疑问
{
	char c;
};
//从以下開始，认真观察
struct structOne{//长度为8
	char a;
	int number;//4
};
struct structOne1//16
{
	char c;
	int  i;
	double d;

};
struct structOne2//16
{
	int i;
	char a;
	double number;

};
struct structOne3//16
{
	double n;
	char a;
	int number;

};
struct structOne4//24
{
	char a;
	double n;
	int number;

};
struct structTwo{//8 输出是8，无疑问
	char *a;//4
	int number;//4
};
struct structThree//=12，这是为何呢？
{
	char a[5];//当凝视掉这一句时，sizeof()=4=sizeof(int),无疑问
	int number;//当凝视掉这一句时，sizeof()=5=sizeof(a),无疑问
};
struct structFour{//=24,无疑问
	char *a[5];//4*5=20
	int number;//4
};

int main()
{
	cout<<"sizeof(structZero)="<<sizeof(structZero)<<endl;//1
	cout<<"sizeof(structOne)="<<sizeof(structOne)<<endl;//8
	cout<<"sizeof(structTwo)="<<sizeof(structTwo)<<endl;//8
	cout<<"sizeof(structThree)="<<sizeof(structThree)<<endl;//12
	cout<<"sizeof(structFour)="<<sizeof(structFour)<<endl;//24

	//额外測试
	cout<<"sizeof(structOne1)="<<sizeof(structOne1)<<endl;//16
	cout<<"sizeof(structOne2)="<<sizeof(structOne2)<<endl;//16
	cout<<"sizeof(structOne3)="<<sizeof(structOne3)<<endl;//16
	cout<<"sizeof(structOne4)="<<sizeof(structOne4)<<endl;//24

	cin.get();
	return 0;

}

測试结果：

为什么会这样呢？

请先看后面关于结构说明内容后再看这里的内容：

struct structOne{//长度为8
	char a;//占用一个字节
	int number;//先自己主动填充3个字节内容之后,然后存储number,共占用4字节
	//1+3+4=8
};
struct structOne1//16
{
	char c;//占用一个字节
	int  i;//先自己主动填充3个字节内容之后,然后存储number,共占用4字节
	double d;//之前共占用8,字节，由于这时候偏移量8刚好是sizeof(double)倍数，直接存储
	//1+3+4+8=16
};
struct structOne2//16
{
	int i;//占用4字节
	char a;//占用1字节
	double number;//之前共占用5字节，还要填充3字节偏移量才是8刚好是sizeof(double)倍数
	//这时候，一共占用了4+1+3+8=16字节
};
struct structOne3//16
{
	double n;//占用8字节
	char a;//占用1字节
	int number;//这时候偏移量是9，不是sizeof(int)的倍数，因此，要先填充3个字节，偏移量为
	//12之后開始存储number,共占用8+1+3+4=16字节

};
struct structOne4//24
{
	char a;//占用1字节
	double n;//偏移量为1，先填充7个字节，然后開始存储
	int number;//这时候偏移量为16，直接存储int
	//一共占用1+7+8+4=20字节，但不是sizeof(double)倍数，因此后面继续填充4字节
	//一共是1+7+8+4+4=24

};

结构说明：（请先看这里的说明）

struct structOne1//16
{
	char c;
	int  i;
	double d;

};

结构定义之后，就可以进行变量说明。 凡说明为结构stuctOne1的变量都由上述3个成员组成。由此可见， 结构是一种复杂的数据类型，是数目固定，类型不同的若干有序变量的集合。

对结构structOne1採用sizeof会出现什么结果呢？sizeof(structOne1)为多少呢？或许你会这样求：

sizeof(structOne1=sizeof(char)+sizeof(int)+sizeof(double)=13

可是当在VS中測试上面结构的大小时，你会发现sizeof(sructOne1)为16。你知道为什么在VS中会得出这样一个结果吗？

事实上，这是VS对变量存储的一个特殊处理。为了提高CPU的存储速度，VS对一些变量的起始地址做了“对齐”处理。在默认情况下，VS规定各成员变量存放的起始地址相对于结构的起始地址的偏移量必须为该变量的类型所占用的字节数的倍数。以下列出经常使用类型的对齐方式(VS2010,32位系统)。

类型

对齐方式（变量存放的起始地址相对于结构的起始地址的偏移量）

Char

偏移量必须为sizeof(char)即1的倍数

int

偏移量必须为sizeof(int)即4的倍数

float

偏移量必须为sizeof(float)即4的倍数

double

偏移量必须为sizeof(double)即8的倍数

Short

偏移量必须为sizeof(short)即2的倍数

对齐方式:

默认的对齐方式//来自百度百科

各成员变量在存放的时候依据在结构中出现的顺序依次申请空间，同一时候依照上面的对齐方式调整位置，空缺的字节VC会自己主动填充。同一时候VC为了确保结构的大小为结构的字节边界数（即该结构中占用最大空间的类型所占用的字节数）的倍数，所以在为最后一个成员变量申请空间后，还会依据须要自己主动填充空缺的字节。

以下用前面的样例来说明VC究竟怎么样来存放结构的。

struct MyStruct

{

double dda1;

char dda;

int type;

};

为上面的结构分配空间的时候，VC依据成员变量出现的顺序和对齐方式，先为第一个成员dda1分配空间，其起始地址跟结构的起始地址同样（刚好偏移量0刚好为sizeof(double)的倍数），该成员变量占用sizeof(double)=8个字节；接下来为第二个成员dda分配空间，这时下一个能够分配的地址对于结构的起始地址的偏移量为8，是sizeof(char)的倍数，所以把dda存放在偏移量为8的地方满足对齐方式，该成员变量占用sizeof(char)=1个字节；接下来为第三个成员type分配空间，这时下一个能够分配的地址对于结构的起始地址的偏移量为9，不是sizeof(int)=4的倍数，为了满足对齐方式对偏移量的约束问题，VC自己主动填充3个字节（这三个字节没有放什么东西），这时下一个能够分配的地址对于结构的起始地址的偏移量为12，刚好是sizeof(int)=4的倍数，所以把type存放在偏移量为12的地方，该成员变量占用sizeof(int)=4个字节；这时整个结构的成员变量已经都分配了空间，总的占用的空间大小为：8+1+3+4=16，刚好为结构的字节边界数（即结构中占用最大空间的类型所占用的字节数sizeof(double)=8）的倍数，所以没有空缺的字节须要填充。所以整个结构的大小为：sizeof(MyStruct)=8+1+3+4=16，当中有3个字节是VC自己主动填充的，没有放不论什么有意义的东西。

以下再举个样例，交换一下上面的MyStruct的成员变量的位置，使它变成以下的情况：

struct MyStruct

{

char dda;

double dda1;

int type;

};

这个结构占用的空间为多大呢？在VC6.0环境下，能够得到sizeof(MyStruct)为24。结合上面提到的分配空间的一些原则，分析下VC怎么样为上面的结构分配空间的。（简单说明）

struct MyStruct

{

char dda;//偏移量为0，满足对齐方式，dda占用1个字节；

double dda1;//下一个可用的地址的偏移量为1，不是sizeof(double)=8

//的倍数，须要补足7个字节才干使偏移量变为8（满足对齐

//方式），因此VC自己主动填充7个字节，dda1存放在偏移量为8

//的地址上，它占用8个字节。

int type;//下一个可用的地址的偏移量为16，是sizeof(int)=4的倍

//数，满足int的对齐方式，所以不须要VC自己主动填充，type存

//放在偏移量为16的地址上，它占用4个字节。

};//全部成员变量都分配了空间，空间总的大小为1+7+8+4=20，不是结构

//的节边界数（即结构中占用最大空间的类型所占用的字节数sizeof

//(double)=8）的倍数，所以须要填充4个字节，以满足结构的大小为

//sizeof(double)=8的倍数。

所以该结构总的大小为：sizeof(MyStruct)为1+7+8+4+4=24。当中总的有7+4=11个字节是VC自己主动填充的，没有放不论什么有意义的东西。

字节的对齐方式

VC对结构的存储的特殊处理确实提高了CPU存储变量的速度，但有时也会带来一些麻烦，我们也屏蔽掉变量默认的对齐方式，自己能够设定变量的对齐方式。

VC中提供了#pragmapack(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、假设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、假设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，分以下两种情况：假设n大于全部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。以下举例说明其使用方法。

#pragmapack(push) //保存对齐状态

#pragmapack(4)//设定为4字节对齐

struct test

{

char m1;

double m4;

int m3;

};

#pragmapack(pop)//恢复对齐状态

以上结构的大小为16，以下分析其存储情况，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占用1个字节。接着開始为m4分配空间，这时其偏移量为1，须要补足3个字节，这样使偏移量满足为n=4的倍数（由于sizeof(double)大于n）,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。这时已经为全部成员变量分配了空间，共分配了16个字节，满足为n的倍数。假设把上面的#pragmapack(4)改为#pragma
pack(16)，那么我们能够得到结构的大小为24。（请读者自己分析）

二：在Fedora 20  64bit中測试

gcc version=4.8.2

能够看出，除了指针的长度不一样之外，对齐规则都是一样的。

细节非常重要。