C语言结构体对齐

news2025/1/12 12:12:38

1. 结构体对齐

要点

变量只能存储在他的长度的整数倍地址上
结构体整体对齐跟他的最长的字段整数倍对齐

栗子1

struct Example1 {
 char a;  //1个字节
 int c;   //4个字节
 short b; //2个字节
};

std::cout << sizeof(Example1 ) << std::endl;   // 12
std::cout << alignof(Example1) << std::endl;   // 4

int只能存储的内存序号：0,4,8,12，...
short只能存储的内存序号：0,2,4,6，...

内存序号	存储大小
0	char-a
1	null
2	null
3	null
4	int-c
5	int-c
6	int-c
7	int-c
8	short-b
9	short-b

现在a、c、b三个变量总共占了10个字节，但是遵循第二点结构体整体对齐跟他的最长的字段的整数倍对齐，所以结构体总体应该是int=4的倍数，也就是4,8,12...
因此，最后这个结构体的大小是12个字节。对代码进行调试，监视内存窗口可以看到：
在这里插入图片描述

2. pack

要点

变量只能存储在他的min（长度，pack）的整数倍地址上
结构体整体对齐跟他的min（最长的字段，pack）整数倍对齐

栗子2

#pragma pack(2)
struct Example2 {
  char a;  //1个字节
  int c;   //4个字节
  short b; //2个字节
};

std::cout << sizeof(Example2) << std::endl;   // 8  
std::cout << alignof(Example2) << std::endl;  // 2

int原来只能存储的内存序号：0,4,8,12，...->因为min(4, 2) = 2, 现在变成0,2,4,6，...
short还是只能存储的内存序号：0,2,4,6，...

内存序号	存储大小
0	char-a
1	null
2	int-c
3	int-c
4	int-c
5	int-c
6	short-b
7	short-b

现在a、c、b三个变量总共占了8个字节，但是遵循第二点结构体整体对齐跟他的min（最长的字段，pack）整数倍对齐，所以结构体总体应该是pack = 2的倍数，也就是2,4,6,8,...
因此，最后这个结构体的大小是8个字节。

对阿秀网站栗子上的解释

C++八股基础语法02

要点

变量只能存储在他的长度的整数倍地址上
结构体整体对齐跟他的最长的字段整数倍对齐

// alignas 生效的情况

struct Info {
  uint8_t a;  //1个字节
  uint16_t b; //2个字节
  uint8_t c;  //1个字节
};

std::cout << sizeof(Info) << std::endl;   // 6个字节  
std::cout << alignof(Info) << std::endl;  // 2

uint8_t只能存储的内存序号：0,1,2,3，...
uint16_t只能存储的内存序号：0,2,4,6，...

内存序号	存储大小
0	uint8_t -a
1	null
2	uint16_t-b
3	uint16_t-b
4	uint8_t-c

null代表内存填充为空

现在a、b、c三个变量总共占了5个字节，但是遵循第二点结构体整体对齐跟他的最长的字段整数倍对齐，所以结构体总体应该是uint16_t大小的倍数，也就是2,4,6,8,...
因此，最后这个结构体的大小是6个字节。

3. alignas与alignof

c++11以后引入两个关键字 alignas 与 alignof 。其中alignof可以计算出类型的对齐方式，alignas可以指定结构体的对齐方式。

要点

变量只能存储在他的长度的整数倍地址上【这一点和普通版没有任何区别】
结构体整体对齐跟他的max（最长的字段，alignas指定长度）整数倍对齐

因为alignas只能指定比默认值，也就是结构体最长字段，更大的值。所以对齐大小要么是默认值，要么是比默认值大的值

struct alignas(4) Info2 {
  uint8_t a;  //1
  uint16_t b; //2
  uint8_t c;  //1
};

std::cout << sizeof(Info2) << std::endl;   // 8  4 + 4
std::cout << alignof(Info2) << std::endl;  // 4