#pragma pack(n)和内存对齐

转自：
http://blog.csdn.net/21aspnet/article/details/6730124 http://blog.csdn.net/mylinx/article/details/7007309
#pragma pack(n)

解释一：

每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过预编译命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16来改变这一系数，其中的n就是你要指定的“对齐系数”。

　　规则：

　　1、数据成员对齐规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员的对齐按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行。

　　2、结构(或联合)的整体对齐规则：在数据成员完成各自对齐之后，结构(或联合)本身也要进行对齐，对齐将按照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行。



解释二：

n 字节的对齐方式 VC 对结构的存储的特殊处理确实提高 CPU 存储变量的速度，但是有时候也带来 了一些麻烦，我们也屏蔽掉变量默认的对齐方式，自己可以设定变量的对齐方式。 VC 中提供了#pragma pack(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、如果 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、如果 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，分下面两种情况：如果 n 大于所有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。

下面举例说明其用法。 #pragma pack(push) //保存对齐状态

#pragma pack(4)//设定为 4 字节对齐

struct test {

char m1;

double m4;

int m3;

};

#pragma pack(pop)//恢复对齐状态 以上结构体的大小为 16：

下面分析其存储情况，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 大小为 1 个字节。接着开始 为 m4 分配空间，这时其偏移量为 1，需要补足 3 个字节，这样使偏移量满足为 n=4 的倍数（因为 sizeof(double)大于 4）,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。这时已经为所有成员变量分配 了空间，共分配了 16
个字节，满足为 n 的倍数。如果把上面的#pragma pack(4)改为 #pragma pack(8)，那么我们可以得到结构的大小为 24。

pragma pack(4)

struct node{

int e;

char f;

short int a;

char b;

};

struct node n;

printf("%d\n",sizeof(n));
结果为12.

然后结构体内部数据成员变动一下位置：



#pragma pack(4)

struct node{

char f;

int e;

short int a;

char b;};

struct node n;

printf("%d\n",sizeof(n));
结果为：12

将对齐位数强制定位2

#pragma pack(2)

struct node{

char f;

int e;

short int a;

char b;};

struct node n;

printf("%d\n",sizeof(n));
结果为：10

将对齐位数强制定位1

#pragma pack(1)

struct node{

char f;

int e;

short int a;

char b;};

struct node n;

printf("%d\n",sizeof(n));
结果为：8

另外：

在C语言中，结构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（如数组、结构、联合等）的数据单元。在结构中，编译器为结构的每个成员按其自然对界（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。

例如，下面的结构各成员空间分配情况：

struct test

{

char x1;

short x2;

float x3;

char x4;

};

结 构的第一个成员x1，其偏移地址为0，占据了第1个字节。第二个成员x2为short类型，其起始地址必须2字节 对界，因此，编译器在x2和x1之间填充了一个空字节。结构的第三个成员x3和第四个成员x4恰好落在其自然对界地址上，在它们前面不需要额外的填充字 节。在test结构中，成员x3要求4字节对界，是该结构所有成员中要求的最大对界单元，因而test结构的自然对界条件为4字节，编译器在成员x4后面 填充了3个空字节。整个结构所占据空间为12字节。

更改C编译器的缺省字节对齐方式

在缺省情况下，C编译器为每一个变量或是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缺省的对界条件：

· 使用伪指令#pragma pack (n)，C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。

另外，还有如下的一种方式：

· __attribute((aligned (n)))，让所作用的结构成员对齐在n字节自然边界上。如果结构中有成员的长度大于n，则按照最大成员的长度来对齐。

· __attribute__ ((packed))，取消结构在编译过程中的优化对齐，按照实际占用字节数进行对齐。

以上的n = 1, 2, 4, 8, 16... 第一种方式较为常见。

下面有一道在 CSDN论坛 上讨论火热的题：

Intel和微软等公司同时出现的面试题

#pragma pack(8)

struct s1{

short a;

long b;

};

struct s2{

char c;

s1 d;

long long e;

};

#pragma pack()

问

1.sizeof(s2) = ?

2.s2的c后面空了几个字节接着是d?

结果如下：

sizeof(S2)结果为24.

成员对齐有一个重要的条件,即每个成员分别对齐.即每个成员按自己的方式对齐.

也就是说上面虽然指定了按8字节对齐,但并不是所有的成员都是以8字节对齐.其对齐的规则是,每个成员按其类型的对齐参数(通常是这个类型的大小)和指定对齐参数(这里是8字节)中较小的一个对齐.并且结构的长度必须为所用过的所有对齐参数的整数倍,不够就补空字节.

S1中,成员a是1字节默认按1字节对齐,指定对齐参数为8,这两个值中取1,a按1字节对齐;成员b是4个字节,默认是按4字节对齐,这时就按4字节对齐,所以sizeof(S1)应该为8;

S2 中,c和S1中的a一样,按1字节对齐,而d 是个结构,它是8个字节,它按什么对齐呢?对于结构来说,它的默认对齐方式就是它的所有成员使用的对齐参数中最大的一个,S1的就是4.所以,成员d就是 按4字节对齐.成员e是8个字节,它是默认按8字节对齐,和指定的一样,所以它对到8字节的边界上,这时,已经使用了12个字节了,所以又添加了4个字节 的空,从第16个字节开始放置成员e.这时,长度为24,已经可以被8(成员e按8字节对齐)整除.这样,一共使用了24个字节.

a b

S1的内存布局：11**,1111,

c S1.a S1.b d

S2的内存布局：1***,11**,1111,****11111111

这里有三点很重要:

1.每个成员分别按自己的方式对齐,并能最小化长度

2.复杂类型(如结构)的默认对齐方式是它最长的成员的对齐方式,这样在成员是复杂类型时,可以最小化长度

3.对齐后的长度必须是成员中最大的对齐参数的整数倍,这样在处理数组时可以保证每一项都边界对齐

补充一下,对于数组,比如:

char a[3];这种,它的对齐方式和分别写3个char是一样的.也就是说它还是按1个字节对齐.

如果写: typedef char Array3[3];

Array3这种类型的对齐方式还是按1个字节对齐,而不是按它的长度.

不论类型是什么,对齐的边界一定是1,2,4,8,16,32,64....中的一个.