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  • 字节对齐

    Intel、微软等公司曾经出过一道类似的面试题:
    #include <iostream.h>
    4
    #pragma pack(8)
    struct example1
    {
    short a;
    long b;
    };
    struct example2
    {
    char c;
    example1 struct1;
    short e;
    };
    #pragma pack()
    int main(int argc, char* argv[])
    {
    example2 struct2;
    cout << sizeof(example1) << endl;
    cout << sizeof(example2) << endl;
    cout << (unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2) << endl;
    return 0;
    }
    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:

    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。

    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 6。


    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。
     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。


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