C语言中的字节对齐问题

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。
 
一、自然对界 (natural alignment) 即默认对齐方式，是指按结构体的成员中基本类型size 最大的成员对齐。（注意：记住是基本类型 ！）
例如：有如下结构体
struct PRG
  5 {
  6     int c;
  7     union
  8     {
  9         char st[6];
 10         int i;
 11         long int j;
 12     }test;
 13     char b;
 14 }；
按照自然对界方式，应以成员 j 类型（long int）大小对齐，即8字节；则sizeof（struct PRG）为 24；在内存中结构图如下：
|————————|————————|————————|
 
|int c  |  填充  |  union test    |b|   填充       |
 
以下再给几个例子，让读者好好体会上面的文字的意思，特别是红色标记的字眼。
struct testa
 17 {
 18     char a;
 19     char b;
 20     char c;
 21 }ta;                                        sizeof(ta) 为 3
 
struct testb
 17 {
 18     char a;
 19     char b[3];
 20     char c;
 21 }tb;                                        sizeof(tb) 为 5
 
struct testc
 17 {
 18     char a;
 19     short b;
 20     char c;
 21 }tc;                                        sizeof(tc) 为 6
 
struct testd
 17 {
 18     char a;
 19     char c;
 20     short b;
 21 }td;                                        sizeof(tc) 为 4 （因为a与c合在一起刚好对齐）
 
struct teste
 17 {
 18     char a;
 19     int b;
 20     char c;
 21 }te;                                        sizeof(tc) 为 12
 
struct testc
 17 {
 18     char a;
 19     char c;
 20     int b;
 21 }tc;                                        sizeof(tc) 为 8
 
二、改变对齐的方式。
在缺省情况下，C编译器为每一个变量或是数据单元按其自然对界条件分配空间。
 
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)，C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（指基本类型）成员的 size ，则其不起作用，结构体仍然按照 size 最大的成员进行对齐。
    
另外，还有如下的一种方式：  
       ·__attribute__((aligned(n)))，让所作用的结构成员对齐在n字节自然边界上。如果结构中有成员的长度大于n，则按照最大成员的长度来对齐。  
       ·__attribute__((packed))，取消结构在编译过程中的优化对齐，按照实际占用字节数进行对齐.
 
注意：上述的n必须为2的某次方！
 
例：
#pragma pack(4)
 struct PRG
  5 {
  6     int c;
  7     union
  8     {
  9         char st[6];
 10         int i;
 11         long int j;
 12     }tes
a929
t;
 13     char b;
 14 };
#pragma pack()                  则sizeof（struct PRG）为 16
 
#pragma pack(1)
 struct PRG
  5 {
  6     int c;
  7     union
  8     {
  9         char st[6];
 10         int i;
 11         long int j;
 12     }test;
 13     char b;
 14 };
#pragma pack()                  则sizeof（struct PRG）为 13
 
#pragma pack(16)
 struct PRG
  5 {
  6     int c;
  7     union
  8     {
  9         char st[6];
 10         int i;
 11         long int j;
 12     }test;
 13     char b;
 14 };
#pragma pack()                  则sizeof（struct PRG）仍为 24
 
struct PRG
  5 {
  6     int c;
  7     union
  8     {
  9         char st[6];
 10         int i;
 11         long int j;
 12     }test;
 13     char b;
 14 }__attribute__((aligned(4)));      则sizeof（struct PRG）仍为 24
 
struct PRG
  5 {
  6     int c;
  7     union
  8     {
  9         char st[6];
 10         int i;
 11         long int j;
 12     }test;
 13     char b;
 14 }__attribute__((aligned(16)));      则sizeof（struct PRG）为 32