struct的内存对齐（转）

结构体的对齐

在sizeof计算一个结构体的大小时，经常得到的值比结构体内部成员所占内存总和要大，这就是因为在结构体内部，成员在存储时有对齐的规则。结构体对齐指的是 ： 编译器向结构体插入无用内存的能力，插入无用内存使得结构体成员以最佳方式对齐，从而得到更高的效能。当基本数据类型以字节地址（几倍于自身大小）存储时，很多处理器能够获得最佳效能。

以下是几个例子：

Struct x

{

Short s;//2 bytes and 2 padding tytes

Int i; //4 bytes

Char c; //1 bytes and 3 padding bytes

};

Struct y

{

Int i; //4 bytes

Char c ; //1 bytes and 1 padding byte

Short s; //2 bytes

};

Struct z

{

Int i; //4 bytes

Short s; // 2 bytes

Char c; //1 bytes and 1 padding byte

};

Sizeof(x)=12; sizeof(y)=8; sizeof(z)=8;

X的内存布局： s I c

11** 1111 1***

Y的内存布局： I c s

1111 1* 11

Z的内存布局： I s c

1111 11 1*

其中*表示填充的字节，x中s后面为什么 要填充两个 字节？因为i是整型，其起始位置要为4的倍数。C后面要填充3个字节，因为结构体size要为4（即最大类型 ——整型sizeof(int)）的倍数。

Y中C后面填充一个 字节，因为s为short类型，起始位置要为2的倍数。S后面没有填充，因为c和s正好占用 了4个字节。

Z中s后面没有填充，因为s和c正好占用4个字节，c填充一个字节 因为struct大小要为int的整数倍。

再看一个有结构体作为成员的例子：

Struct A

{

Int a;

Double b;

Float c;

};

Struct B

{

Char e[2];

Int f;

Double g;

Short h;

Struct A I;

};

Sizeof(A)=24; 因为 int为4，double为8，float为4，总长为8的 倍数，补齐，所以为24。 Sizeof(B)=48;看一下B的布局

B的内存布局：e f g h i

11** 1111 11111111 11****** 1111****, 11111111, 1111****

I其实就是A的内存布局。I的 起始位置要为24的倍数，所以h后面要补齐（A的最大类型是double，占8个字节，所以i开始要8字节对齐，即8的倍数，所以h要填充）。

通过把最大的数据类型放在结构体的开始，最小数据类型放在结构体的最后，这样可以得到最小的结构体size。

通过上面的例子可以总结一下三个规律：

1 数据成员对齐，结构体（或联合体）的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小的整数倍开始（比如int在32位机为4字节，则要从4的整数倍地址开始存储）。

2 结构体作为成员，如果 一个 结构体里面有某些结构体成员，则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储（struct b里面有struct a，a里面有char，int，double等元素，那么a应该从8的整数倍开始存储）。

3 结构体的总大小，也就是sizeof的结果，必须是其内部最大成员的整数倍，不足的要补齐。

还有一种常见情况，结构体中含有位域字段。位域成员不能单独被取sizeof值。规定int，unsigned int和 bool可以作为位域类型，但编译器几乎都对此作了扩展，允许其他类型的存在。使用位于的主要目的是压缩存储，其大致规则：

1 如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的sizeof大小，则后面的 字段将紧邻前一个字段存储，知道不能容纳为止；

2 如果相邻字段的类型相同，但其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；

3 如果相邻的位域字段的类型 不同，则各编译器的 具体实现有差异，VC6采取不压缩方式，Dev-C++采取压缩方式；

4 如果位域字段之间穿插着非位域字段，则不进行压缩。

5 整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。

看下面例子：

struct A{

short f1:3;

short f2:4;

short f3:10;

}; A的布局为 f 1 f2 f3

111 1111*** **(11个*) 1—1(10个1)**(6个*) 位域类型为short，第一个字节能容纳f1和f2，所以f2被压缩到第1个字节中，而f3只能从下一个字节开始。因此sizeof(A)=2。

Struct B{

Char f1:3;

Short f2:4;

Char f3:5;

};相邻位域的类型不同，在VC6中sizeof为6，在Dev-C++中为2.

Struct C{

Char f1:3;

Char f2;

Char f3:5;

};非位域字段插在其中，不会产生压缩，大小为3。