C++筆試題之字節(jié)對齊

struct的對齊問題是由一道筆試題想到的，筆試題如下：

#includeusing?namespace?std;
typedef?union?student
{
????char?name[10];
????long?sno;
????char?sex;
????float?score?[4];
}?STU;
void?main?()
{
????STU?a[5];
????cout?<<?sizeof(a)?<<endl;//輸出：80
}

答案是80，因為union是可變的以其成員中最大的成員作為該union的大??！
但是換成是struct又是多少呢？

#includeusing?namespace?std;
typedef?struct?student
{
????char?name[10];
????long?sno;
????char?sex;
????float?score?[4];
}?STU;
void?main?()
{
????STU?a[5];
????cout?<<?sizeof(a)?<<endl;//輸出：180
}

答案是180？為什么不是(10+4+1+16)*5=155？因為struct有個叫對齊方式的問題：
一.自然對齊
不對齊的數(shù)據(jù)存取在x86上影響速度，對齊即是多分配一些字節(jié)，填充無用數(shù)據(jù)，以空間的損失來換取效率。
struct是一種復(fù)合數(shù)據(jù)類型，其構(gòu)成元素既可以是基本數(shù)據(jù)類型（如int、long、float等）的變量，也可以是一些復(fù)合數(shù)據(jù)類型（如array、struct、union等）的數(shù)據(jù)單元。對于結(jié)構(gòu)體，編譯器會自動進行成員變量的對齊，以提高運算效率。缺省情況下，編譯器為結(jié)構(gòu)體的每個成員按其自然對齊（natural alignment）條件分配空間。各個成員按照它們被聲明的順序在內(nèi)存中順序存儲，第一個成員的地址和整個結(jié)構(gòu)的地址相同。
自然對齊(natural alignment)即默認對齊方式，是指按結(jié)構(gòu)體的成員中（類型）size最大的成員作為基本的分配單元，而且與其順序有這密切的聯(lián)系。
例如：

#includeusing?namespace?std;
struct?naturalalign
{
?char?a;
?short?b;
?char?c;
};
void?main?()
{
????cout?<<?sizeof(naturalalign?)?<<endl;//輸出：6
}

在上述結(jié)構(gòu)體中，size最大的是short，其長度為2字節(jié)，因而結(jié)構(gòu)體中的char成員a、c都以2為單位對齊，sizeof(naturalalign)的結(jié)果等于6。
如果改為：

#includeusing?namespace?std;
struct?naturalalign
{
?char?a;
?int?b;
?char?c;
};
void?main?()
{
????cout?<<?sizeof(naturalalign)?<<endl;//輸出：12
}

其結(jié)果顯然為12。
那么再回到到原題：結(jié)構(gòu)體中，size最大的是long，size是4，所以，按照順序，char name[10]，12個字節(jié)；long sno，4個字節(jié)；char sex，4個字節(jié)（這里對齊了）；float score [4]，16個字節(jié)。于是（12+4+4+16）×5＝180，就是了！
剛才還說過，與順序有關(guān)，我們改一下：

#includeusing?namespace?std;
typedef?struct?student
{
?????char?name[10];
?????char?sex;
?????long?sno;
?????float?score?[4];
}?STU;
void?main?()
{
????STU?a[5];
????cout<<sizeof(a)<<endl;//輸出：160
}

答案是160。為什么，只是換了順序而已呀？關(guān)鍵就在順序上。
結(jié)構(gòu)體中，size最大的是long，size是4，所以，按照順序，char name[10]，12個字節(jié)；但是這12中多分配的2個字節(jié)可以包含后面的char sex（問題就在這）；float score [4]，16個字節(jié)。于是（12+4+16）×5＝160，就是了！所以要小心呀！
二.指定對齊
一般地，可以通過下面的方法來改變?nèi)笔〉膶R條件：
☆使用偽指令#pragma pack (n)，編譯器將按照n個字節(jié)對齊；
☆使用偽指令#pragma pack ()，取消自定義字節(jié)對齊方式。
注意：如果#pragma pack (n)中指定的n大于結(jié)構(gòu)體中最大成員（類型）的size，則其不起作用，結(jié)構(gòu)體仍然按照size最大的成員進行對齊。
例如：

#includeusing?namespace?std;
#pragma?pack?(n)
struct?naturalalign
{
????char?a;
????int?b;
????char?c;
};
#pragma?pack()
void?main?()
{
????cout<<sizeof(naturalalign)<<endl;
}

當(dāng)n為4、8、16時，其對齊方式均一樣，sizeof(naturalalign)的結(jié)果都等于12。而當(dāng)n為2時，其發(fā)揮了作用，使得sizeof(naturalalign)的結(jié)果為8。
再看一個例子：

#pragma?pack(2)??
struct?test?????//test采用2字節(jié)對齊?
{??
????char?c1;????
????short?s;?????
????int?i;??????
????char?c2;?????
????float?f;????//f長度4字節(jié)??
????double?d;???//d長度8字節(jié)??
????char?c3;????
};??
#pragma?pack()??
void?main?()
{
????cout<<sizeof(test)<<endl;//輸出：24
}

test的內(nèi)存分布如下(以1表示占用字節(jié)，*表示空字節(jié))

c1 s i c2 f d c3 1* 11 1111 1* 1111 11111111 1*

在VC++ 6.0編譯器中，我們可以指定其對齊方式，其操作方式為依次選擇projetct > setting > C/C++菜單，在struct member alignment中指定你要的對界方式。