深入剖析C++中的struct结构体字节对齐

2020-01-06 15:07:18于海丽

结构体包含另一个结构体成员,则被包含的结构体成员要从其原始结构体内部最大对齐模数的整数倍地址开始存储。(比如struct a里存有struct b,b里有char,int,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储。)
结构体包含数组成员,比如char a[3],它的对齐方式和分别写3个char是一样的,也就是说它还是按一个字节对齐。如果写:typedef char Array[3],Array这种类型的对齐方式还是按一个字节对齐,而不是按它的长度3对齐。
结构体包含共用体成员,则该共用体成员要从其原始共用体内部最大对齐模数的整数倍地址开始存储。
现在给出一个结构体,我们针对win-32和Linux-32进行分析,

例1:


struct MyStruct
{
  char a;
  int b;
  long double c;
};

解答:
win-32位系统下:
由上图可知该结构体的最大对齐模数为sizeof(long double)=8;假设MyStruct从地址空间0x0000开始存放。char为1个字节,所以a存放于0x0000中;int为4个字节,根据规则,b存储的起始地址必须为其对齐模数4的整数倍,所以a后面自动填充空缺字节空间0x0001-0x0003,因此b存放于0x0004-0x0007中。long double是8个字节,由于32位系统每次最多分配4个字节,则首先分配0x0008-0x000B,由于不够存储空间,则继续分配0x000C-0x000F,所以c存储在0x0008-0x000F中,由于此时总存储空间为4+4+8=16;则16满足最大对齐模数sizeof(long double)=8的整数倍;因此,sizeof(MyStruct)=16个字节。
Linux-32位系统下:

由上图可知该结构体的最大对齐模数为4;假设MyStruct从地址空间0x0000开始存放。char为1个字节,所以a存放于0x0000中;int为4个字节,根据规则,b存储的起始地址必须为其对齐模数4的整数倍,所以a后面自动填充空缺字节空间0x0001-0x0003,因此b存放于0x0004-0x0007中。long double是12个字节,由于32位系统每次最多分配4个字节,则首先分配0x0008-0x000B,由于不够存储空间,则继续分配0x000C-0x000F,仍然不满足存储c,则继续分配0x0010-0x0013,所以c存储在0x0008-0x0013中,由于此时总存储空间为4+4+12=20;则20满足最大对齐模数4的整数倍;因此,sizeof(MyStruct)=20个字节。

注:以下的所有例子都是在win-32下实现
例2:


struct B{ 
  char a; 
  int b; 
  char c; 
};

由上图可知该结构体的最大对齐模数为sizeof(int)=4;假设B从地址空间0x0000开始存放。char为1个字节,所以a存放于0x0000中;int为4个字节,根据规则,b存储的起始地址必须为其对齐模数4的整数倍,所以a后面自动填充空缺字节空间0x0001-0x0003,因此b存放于0x0004-0x0007中。c也是char类型,所以c存放在0x0008中;此时结构体B总的大小为4+4+1=9个字节;则9不能满足最大对齐模数4的整数倍;因此在c的后面自动填充空间0x0009-0x000B,使其满足最大对齐模数的倍数,最终结构体B的存储空间为0x0000-0x000B;则sizeof(B)=12个字节。