結(jié)構(gòu)體的對齊

在sizeof計算一個結(jié)構(gòu)體的大小時，經(jīng)常得到的值比結(jié)構(gòu)體內(nèi)部成員所占內(nèi)存總和要大，這就是因為在結(jié)構(gòu)體內(nèi)部，成員在存儲時有對齊的規(guī)則。結(jié)構(gòu)體對齊指的是 ： 編譯器向結(jié)構(gòu)體插入無用內(nèi)存的能力，插入無用內(nèi)存使得結(jié)構(gòu)體成員以最佳方式對齊，從而得到更高的效能。當(dāng)基本數(shù)據(jù)類型以字節(jié)地址（幾倍于自身大?。┐鎯r，很多處理器能夠獲得最佳效能。

以下是幾個例子：

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的內(nèi)存布局： s I c

11** 1111 1***

Y的內(nèi)存布局： I c s

1111 1* 11

Z的內(nèi)存布局： I s c

1111 11 1*

其中*表示填充的字節(jié)，x中s后面為什么 要填充兩個 字節(jié)？因為i是整型，其起始位置要為4的倍數(shù)。C后面要填充3個字節(jié)，因為結(jié)構(gòu)體size要為4（即最大類型 ——整型sizeof(int)）的倍數(shù)。

Y中C后面填充一個 字節(jié)，因為s為short類型，起始位置要為2的倍數(shù)。S后面沒有填充，因為c和s正好占用 了4個字節(jié)。

Z中s后面沒有填充，因為s和c正好占用4個字節(jié)，c填充一個字節(jié) 因為struct大小要為int的整數(shù)倍。

再看一個有結(jié)構(gòu)體作為成員的例子：

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; 因為 int為4，double為8，float為4，總長為8的 倍數(shù)，補(bǔ)齊，所以為24。 Sizeof(B)=48;看一下B的布局

B的內(nèi)存布局：e f g h i

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

I其實就是A的內(nèi)存布局。I的 起始位置要為24的倍數(shù)，所以h后面要補(bǔ)齊（A的最大類型是double，占8個字節(jié)，所以i開始要8字節(jié)對齊，即8的倍數(shù)，所以h要填充）。

通過把最大的數(shù)據(jù)類型放在結(jié)構(gòu)體的開始，最小數(shù)據(jù)類型放在結(jié)構(gòu)體的最后，這樣可以得到最小的結(jié)構(gòu)體size。

通過上面的例子可以總結(jié)一下三個規(guī)律：

1 數(shù)據(jù)成員對齊，結(jié)構(gòu)體（或聯(lián)合體）的數(shù)據(jù)成員，第一個數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地方，以后每個數(shù)據(jù)成員存儲的起始位置要從該成員大小的整數(shù)倍開始（比如int在32位機(jī)為4字節(jié)，則要從4的整數(shù)倍地址開始存儲）。

2 結(jié)構(gòu)體作為成員，如果 一個 結(jié)構(gòu)體里面有某些結(jié)構(gòu)體成員，則結(jié)構(gòu)體成員要從其內(nèi)部最大元素大小的整數(shù)倍地址開始存儲（struct b里面有struct a，a里面有char，int，double等元素，那么a應(yīng)該從8的整數(shù)倍開始存儲）。

3 結(jié)構(gòu)體的總大小，也就是sizeof的結(jié)果，必須是其內(nèi)部最大成員的整數(shù)倍，不足的要補(bǔ)齊。

還有一種常見情況，結(jié)構(gòu)體中含有位域字段。位域成員不能單獨被取sizeof值。規(guī)定int，unsigned int和 bool可以作為位域類型，但編譯器幾乎都對此作了擴(kuò)展，允許其他類型的存在。使用位于的主要目的是壓縮存儲，其大致規(guī)則：

1 如果相鄰位域字段的類型相同，且其位寬之和小于類型的sizeof大小，則后面的 字段將緊鄰前一個字段存儲，知道不能容納為止；

2 如果相鄰字段的類型相同，但其位寬之和大于類型的sizeof大小，則后面的字段將從新的存儲單元開始，其偏移量為其類型大小的整數(shù)倍；

3 如果相鄰的位域字段的類型 不同，則各編譯器的 具體實現(xiàn)有差異，VC6采取不壓縮方式，Dev-C++采取壓縮方式；

4 如果位域字段之間穿插著非位域字段，則不進(jìn)行壓縮。

5 整個結(jié)構(gòu)體的總大小為最寬基本類型成員大小的整數(shù)倍。

看下面例子：

struct A{

short f1:3;

short f2:4;

short f3:10;

}; A的布局為 f 1 f2 f3

111 1111*** **(11個*) 1—1(10個1)**(6個*) 位域類型為short，第一個字節(jié)能容納f1和f2，所以f2被壓縮到第1個字節(jié)中，而f3只能從下一個字節(jié)開始。因此sizeof(A)=2。

Struct B{

Char f1:3;

Short f2:4;

Char f3:5;

};相鄰位域的類型不同，在VC6中sizeof為6，在Dev-C++中為2.

Struct C{

Char f1:3;

Char f2;

Char f3:5;

};非位域字段插在其中，不會產(chǎn)生壓縮，大小為3。