成员边界对齐#pragma pack(n)

Posted 2023-02-15 泉_哥

Intel、微软等公司曾经出过一道类似的面试题：

1. #include <iostream.h>

2. #pragma pack(8)
3. struct example1
4.
5. short a;
6. long b;
7. ;

8. struct example2
9.
10. char c;
11. example1 struct1;
 12. short e;   
13. ;
14. #pragma pack()

15. int main(int argc, char* argv[])
16.
 17. example2 struct2;

18. cout << sizeof(example1) << endl;
19. cout << sizeof(example2) << endl;
20. cout << (unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2)
<< endl;

21. return 0;
22.

　　问程序的输入结果是什么？

　　答案是：

8
16
4

　　不明白？还是不明白？下面一一道来：

2.1 自然对界

　　struct是一种复合数据类型，其构成元素既可以是基本数据类型（如int、long、float等）的变量，也可以是一些复合数据类型（如array、struct、union等）的数据单元。对于结构体，编译器会自动进行成员变量的对齐，以提高运算效率。缺省情况下，编译器为结构体的每个成员按其自然对界（natural alignment）条件分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同。

　　自然对界(natural alignment)即默认对齐方式，是指按结构体的成员中size最大的成员对齐。

　　例如：

struct naturalalign

 char a;
 short b;
 char c;
;

　　在上述结构体中，size最大的是short，其长度为2字节，因而结构体中的char成员a、c都以2为单位对齐，sizeof(naturalalign)的结果等于6；

　　如果改为：

struct naturalalign

 char a;
 int b;
 char c;
;

　　其结果显然为12。

2.2指定对界

　　一般地，可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件：

　　· 使用伪指令#pragma pack (n)，编译器将按照n个字节对齐；
　　· 使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐方式。

　　注意：如果#pragma pack (n)中指定的n大于结构体中最大成员的size，则其不起作用，结构体仍然按照size最大的成员进行对界。

　　例如：

#pragma pack (n)
struct naturalalign

 char a;
 int b;
 char c;
;
#pragma pack ()

　　当n为4、8、16时，其对齐方式均一样，sizeof(naturalalign)的结果都等于12。而当n为2时，其发挥了作用，使得sizeof(naturalalign)的结果为8。

　　在VC++ 6.0编译器中，我们可以指定其对界方式（见图1），其操作方式为依次选择projetct > setting > C/C++菜单，在struct member alignment中指定你要的对界方式。

图1：在VC++ 6.0中指定对界方式

　　另外，通过__attribute((aligned (n)))也可以让所作用的结构体成员对齐在n字节边界上，但是它较少被使用，因而不作详细讲解。

2.3 面试题的解答

　　至此，我们可以对Intel、微软的面试题进行全面的解答。

　　程序中第2行#pragma pack (8)虽然指定了对界为8，但是由于struct example1中的成员最大size为4（long变量size为4），故struct example1仍然按4字节对界，struct example1的size为8，即第18行的输出结果；

　　struct example2中包含了struct example1，其本身包含的简单数据成员的最大size为2（short变量e），但是因为其包含了struct example1，而struct example1中的最大成员size为4，struct example2也应以4对界，#pragma pack (8)中指定的对界对struct example2也不起作用，故19行的输出结果为16；

　　由于struct example2中的成员以4为单位对界，故其char变量c后应补充3个空，其后才是成员struct1的内存空间，20行的输出结果为4。

struct Size2
 char c1;  
 int i1;    //占4个字节
 float f;

 double d1; //占8个字节
;
上边的好像有点问题，这个sizeof（）的结果是24；
目前可以这样算，1+4+4+8 = 17；求大于17的8的最小倍数，那么就是24了。


（看了下边的，知道怎么回事了，上边我说的错了）

struct Size2
 char c1;   //下一个大小为4，偏移应该可以整除4，所以会填充3个字节
 int i1;    //下一个大小为4，上边的4加上int的大小4，所以这个偏移可以。占4
 float f;  //下一个大小为8，当前正常偏移为12，不可以整除8，所以填充4位，偏移为16
 double d1; //占8个字节
;  //最后整体偏移为24，可以整除8。

 

下边这个讲的比较好

1 从union的sizeof问题看cpu的对界

考虑下面问题：（默认对齐方式）
union u

 double a;
 int b;
;
union u2

 char a[13];
 int b;
;
union u3

 char a[13];
 char b;
;

都知道union的大小取决于它所有的成员中,占用空间最大的一个成员的大小。所以对于u来说,
大小就是最大的double类型成员a了，所以sizeof(u)=sizeof(double)=8。但是对于u2和u3,最
大的空间都是char[13]类型的数组，为什么u3的大小是13，而u2是16呢？关键在于u2中的成员
int b。由于int类型成员的存在，使u2的对齐方式变成4，也就是说，u2的大小必须在4的对界
上，所以占用的空