浅谈C语言的字节对齐 #pragma pack(n)2

浅谈C语言的字节对齐

在C语言中，结构体是将不同类型的数据存储在一起的一种基本数据类型。在结构体中，结构体成员所占用的内存空间是按照类型大小和字节对齐规则来确定的。字节对齐是计算机领域中的一个重要话题，本文将深入浅出地讲解C语言的字节对齐。

定义

字节对齐指的是将数据存储在内存中时，按照一定的规则将数据的起始位置往后挪动若干字节，使得成员变量对齐到特定的地址上。这里的对齐地址或对齐位数之类的概念统称为“对齐单位”。一个结构体的对齐单位通常为其最大成员变量的大小或预置数值（1，2，4，8等）中较小的数值。对齐的目的是为了节省内存空间，提高内存访问效率。

对齐规则

不同编译器有不同的对齐规则，但是在常见的编译器中，一般遵循以下规则：

1. 结构体成员按其声明的顺序依次放置。
2. 结构体成员的首地址相对于结构体首地址的偏移量（即位移量，即对齐量）必须是该成员大小的整数倍，如果不是，就需要在成员之间填充数据。
3. 结构体的总大小必须是所有成员大小的整数倍，否则需要在最后一个成员之后填充数据。

#pragma pack(n)

我们可以使用#pragma pack(n)指令来改变对齐规则。该指令将以n个字节对齐，n为指定的整数。使用该指令后，编译器按照指定的对齐字节数来确定结构体成员的对齐位，而不是按照默认的对齐规则。下面是一个用#pragma pack(n)指令实现字节对齐的例子。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#pragma pack(2)

struct student {
  char name[10];
  int age;
  float score;
} stu;

int main() {
  printf("size of student: %d\n", sizeof(stu));
  return 0;
}

在上面的例子中，我们使用了#pragma pack(2)指令来将对齐字节数设置为2，然后定义了一个名为stu的结构体。通过sizeof运算符，我们可以得到以默认对齐规则来定义的结构体的大小。在不使用#pragma pack指令时，编译器默认将对齐字节数设置为4，所以输出的结构体大小为16（10 + 4 + 4）。使用#pragma pack(2)指令后，编译器将对齐字节数设置为2，因此结构体的大小为14（10 + 2 + 2）。

下面再来看一个例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#pragma pack(1)

struct test {
    char a;
    int b;
    char c;
    short d;
};

int main() {
    printf("size of test: %d\n", sizeof(struct test));
    return 0;
}

在上面的例子中，我们定义了一个名为test的结构体，它包含4个成员变量。使用#pragma pack(1)指令将对齐字节数设置为1，意味着会强制按照1字节对齐，而不是默认的4字节的对齐方式。可以通过sizeof运算符获得该结构体的大小。在该例子中，按照1字节对齐规则，a占一个字节，b占四个字节，c占一个字节，d占两个字节。因此结构体的大小为8个字节。

注意事项

1. 使用#pragma pack指令改变对齐字节数可能会导致对齐不足或对齐过度。
2. 对于嵌套的结构体或成员变量中包含指针的结构体，对齐规则比较复杂，需要特别处理。
3. 小心内存泄漏。

总结

在C语言中，结构体成员的内存对齐是非常重要的。通过了解字节对齐的规则，我们可以更好地控制内存使用，并且在需要对内存进行精细的控制时，可以使用#pragma pack指令改变对齐字节数。