C++笔试题之字节对齐

struct的对齐问题是由一道笔试题想到的，笔试题如下：

#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;//输出：80
}

答案是80，因为union是可变的以其成员中最大的成员作为该union的大小！
但是换成是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;//输出：180
}

答案是180？为什么不是(10+4+1+16)*5=155？因为struct有个叫对齐方式的问题：
一.自然对齐
不对齐的数据存取在x86上影响速度，对齐即是多分配一些字节，填充无用数据，以空间的损失来换取效率。
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齐（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。
自然对齐(natural alignment)即默认对齐方式，是指按结构体的成员中（类型）size最大的成员作为基本的分配单元，而且与其顺序有这密切的联系。
例如：

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

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：

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

其结果显然为12。
那么再回到到原题：结构体中，size最大的是long，size是4，所以，按照顺序，char name[10]，12个字节；long sno，4个字节；char sex，4个字节（这里对齐了）；float score [4]，16个字节。于是（12+4+4+16）×5＝180，就是了！
刚才还说过，与顺序有关，我们改一下：

#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;//输出：160
}

答案是160。为什么，只是换了顺序而已呀？关键就在顺序上。
结构体中，size最大的是long，size是4，所以，按照顺序，char name[10]，12个字节；但是这12中多分配的2个字节可以包含后面的char sex（问题就在这）；float score [4]，16个字节。于是（12+4+16）×5＝160，就是了！所以要小心呀！
二.指定对齐
一般地，可以通过下面的方法来改变缺省的对齐条件：
☆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（类型）的size，则其不起作用，结构体仍然按照size最大的成员进行对齐。
例如：

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

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8。
再看一个例子：

#pragma pack(2)  
struct test     //test采用2字节对齐 
{  
    char c1;    
    short s;     
    int i;      
    char c2;     
    float f;    //f长度4字节  
    double d;   //d长度8字节  
    char c3;    
};  
#pragma pack()  
void main ()
{
    cout<<sizeof(test)<<endl;//输出：24
}

test的内存分布如下(以1表示占用字节，*表示空字节)

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

在VC++ 6.0编译器中，我们可以指定其对齐方式，其操作方式为依次选择projetct > setting > C/C++菜单，在struct member alignment中指定你要的对界方式。