如何计算C++中结构体的存储空间

#include "stdafx.h"

#include <iostream.h>

struct A

{

int a;

unsigned __int64 b;

short c;

}Test_a;

struct B

{

int a;short c;

unsigned __int64 b;

}Test_b;

struct C

{

short a;

short b;

short c;

}Test_c;

struct D

{

unsigned __int64 a;

short b;

int c;

int d;

unsigned __int64 e;

}Test_d;

int main()

{

cout<<sizeof(Test_a)<<endl;

cout<<sizeof(Test_b)<<endl;

cout<<sizeof(Test_c)<<endl;

cout<<sizeof(Test_d)<<endl;

return 0;

}

输出的结果为24 16 6 32

对于这样的一个结果感到一些困惑，在网上查了相关的资料之后发现，原来是这样的：

对于结构体A和结构体B，二者之间并无实质的区别，定义的变量都是一样的，只是变量的定义先后顺序不同，结果占用的存储空间就不同。

这是因为在一般的默认情况下，为了方便结构体重元素的访问和管理，当结构体重的元素的长度都小于处理器的位数时便以结构体中长度最长的数据元素作为对其单元。

即，结构体的长度是最长的数据元素的整数倍。如果结构体重存在长度大于处理器位数的元素，那么就以处理器为数为单元对齐。

在结构体A中

struct A

{

int a;

unsigned __int64 b;

short c;

}Test_a;

编译器首先检测所有的数据中最长的数据元素。这里unsigned __int64 最大，他占用了8个字节，然后第一个变量
a 为 int 型只占 4 个字节，但是为了对齐其被补上了四个字节 , 接着变量 b 在 变量 a 有效位置之后被放置，但是目前只有 4 个空闲的字节，根本放不下变量 b ，于是编译器就再申请了 8 字节的空间大小，将变量 b 放在 4 个空闲字节之后，也就是说变量 b 的起始位置在第九个字节。由于变量 b 需要 8 个字节所以没有留给变量 c 任何的剩余空间，于是变量 c 再次申请 8 个字节的空间用于存储自己，当然它本可以只申请 2 字节的空前就行了，但是为了对齐他只能申请 8 字节。那么最后我们就可以看到如下图所示的数据存储结构：

0	…	…	…	8	…	…	…	15	16	…	23
a	…	多申请的空间	b	…	…	…	...	c	多申请的空间

在 Struct B 中的 , 编译器前几步的处理也和 struct A 的一样，直到该处理变量 c 时，编译器依然要先看看为变量 a 分配的空间是否还有多余并且多余的空间是否足以容纳下变量 c, 由于变量 c 只需要两个字节，而 a 却有 4 个字节的剩余空间，所以变量 c 就很轻松的被放置在 a 之后的 4 个字节内而不需要再申请空间。变量 b 依然申请 8 字节的空间并跟随在变量 a 空余空间之后。最后我们就可以看到如下图所示的数据存储结构：

0	1	2	3	4	5	6	7	8	…	…	…	15
a				c		多申请的空间	b	…	…	…

通过以上的分析我们明白了结构体内部 ( 也可以引伸到类的内部！ ) 成员变量的声明顺序并不是随意的，尤其是在内存需求特别紧张的开发环境中。

对齐的目的和原理，计算

什么是对齐，以及为什么要对齐：

对齐的作用和原因：

各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。其他平 台可能没有这种情况， 但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为 32 位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出，而如果存放在奇地址开始的地方，就可能会需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节 进行拼凑才能得到该int数据。显然在读取效

率上下降很多。这也是空间和时间的博弈。

对齐的算法：

由于各个平台和编译器的不同，现以本人使用的gcc version 3.2.2编译器（32位x86平台）为例子，来讨论编译器对struct数据结构中的各成员如何进行对齐的。

设结构体如下定义：

struct A

{

int a;

char b;

short c;

};

结构体A中包含了4字节长度的int一个，1字节长度的char一个和2字节长度的short型数据一个。所以A用到的空间应该是7字节。但是因为编译器要对数据成员在空间上进行对齐。

所以使用sizeof(strcut A)值为8。

现在把该结构体调整成员变量的顺序。

struct B

{

char b;

int a;

short c;

};

这时候同样是总共7个字节的变量，但是sizeof(struct B)的值却是12。

下面我们使用预编译指令#progma pack (value)来告诉编译器，使用我们指定的对齐值来取代缺省的。

#pragma pack (2)

struct C

{

char b;

int a;

short c;

};

#pragma pack ()

sizeof(struct C)值是8。

修改对齐值为1：

#pragma pack (1)

struct D

{

char b;

int a;

short c;

};

#progma pack ()

sizeof(struct D)值为7。

对于char型数据，其自身对齐值为1，对于short型为2，对于int,float,double类型，其自身对齐值为4，单位字节。

这里面有四个概念值：

1.数据类型自身的对齐值：就是上面交代的基本数据类型的自身对齐值。

2.指定对齐值：#progma pack (value)时的指定对齐值value。

3.结构体或者类的自身对齐值：其成员中自身对齐值最大的那个值。

4. 数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中小的那个值。

有了这些值，我们就可以很方便的来讨论具体数据结构的成员和其自身的对齐方式。 有效对齐值N是最终用来决定数据存放地址方式的值，最重要。有效对齐N，就是表示“对齐在N上”，也就是说该数据的"存放起始地址%N=0".