sizeof(struct)分析（包括union）

一直都对VC中的sizeof(struct)中的内存对齐方式很模糊，之前有找过一些资料，总觉得理解得不是很透彻。再一次捡起C++，觉得对sizeof应该有个更深入的理解才对。看到一篇很好地博客，转载一下，也算是自己记录一下。

转载地址：http://blog.csdn.net/xinjixjz/article/details/6769344

有的时候，在脑海中停顿了很久的“显而易见”的东西，其实根本上就是错误的。就拿下面的问题来看：

struct T{
char ch;
int i ;
};

使用sizeof(T)，将得到什么样的答案呢？要是以前，想都不用想，在32位机中，int是4个字节，char是1个字节，所以T一共是5个字节。实践出真知，在VC6中测试了下，答案确实8个字节。哎，反正受伤的总是我，我已经有点麻木了，还是老老实实的接受吧！为什么答案和自己想象的有出入呢？这里将引入内存对齐这个概念。

一. 内存对齐概念及其提出的原因

许多计算机系统对其内置类型的存放位置有一定的限制，通常会按照一定的倍数k存放相应的类型，这种方式即为内存对齐。其中k称为内存模数。

DEF：若sizeof(struct S1)/sizeof(struct S2)>1 则称S1的对齐要比S2的对齐严格，反之相反。

为什么要提出内存对齐？

比如这么一种处理器，它每次读写内存的时候都从某个8倍数的地址开始，一次读出或写入8个字节的数据，假如软件能保证double类型的数据都从8倍数地址开始，那么读或写一个double类型数据就只需要一次内存操作。否则，我们就可能需要两次内存操作才能完成这个动作，因为数据或许恰好横跨在两个符合对齐要求的8字节内存块上。（在有些处理器上内存不对齐的话可能会出现错误）

二. 一些例子（在vc的编译器上）

下面用前面的例子来说明VC到底怎么样来存放结构的。

struct MyStruct{
double dda1;
char dda;
int type
}；

为上面的结构分配空间的时候，VC根据成员变量出现的顺序和对齐方式，先为第一个成员dda1分配空间，其起始地址跟结构的起始地址相同（刚好偏移量0刚好为sizeof(double)的倍数），该成员变量占用sizeof(double)=8个字节；接下来为第二个成员dda分配空间，这时下一个可以分配的地址对于结构的起始地址的偏移量为8，是sizeof(char)的倍数，所以把dda存放在偏移量为8的地方满足对齐方式，该成员变量占用sizeof(char)=1个字节；接下来为第三个成员type分配空间，这时下一个可以分配的地址对于结构的起始地址的偏移量为9，不是sizeof(int)=4的倍数，为了满足对齐方式对偏移量的约束问题，VC自动填充3个字节（这三个字节没有放什么东西），这时下一个可以分配的地址对于结构的起始地址的偏移量为12，刚好是sizeof(int)=4的倍数，所以把type存放在偏移量为12的地方，该成员变量占用sizeof(int)=4个字节；这时整个结构的成员变量已经都分配了空间，总的占用的空间大小为：8+1+3+4=16，刚好为结构的字节边界数（即结构中占用最大空间的类型所占用的字节数sizeof(double)=8）的倍数，所以没有空缺的字节需要填充。所以整个结构的大小为：sizeof(MyStruct)=8+1+3+4=16，其中有3个字节是VC自动填充的，没有放任何有意义的东西。

再举个例子，交换一下上面的MyStruct的成员变量的位置，使它变成下面的情况：

struct MyStruct{
char dda;
double dda1;
int type
}；

这个结构占用的空间为多大呢？在VC6.0环境下，可以得到sizeof(MyStruc)为24。结合上面提到的分配空间的一些原则，分析下VC怎么为上面的结构分配空间的。（简单说明）

struct MyStruct{
char dda;//偏移量为0，满足对齐方式，dda占用1个字节；
double dda1;//下一个可用的地址的偏移量为1，不是sizeof(double)=8的倍数，需 要补足7个字节才能使偏移量变为8（满足对齐方式），因此VC自动填充7个字节，dda1存放在偏移量为8的地址上， 它占用8个字节。
int type；//下一个可用的地址的偏移量为16，是sizeof(int)=4的倍数，满足int的对齐方式，所以不需要VC自动填充，type存放在偏移量为16的地址上，它占用4个字节。
}；
//所有成员变量都分配了空间，空间总的大小为1+7+8+4=20，不是结构的节边界数（即结构中占用最大空间的类型所占用的字节数sizeof(double)=8）的倍数，所以需要填充4个字节，以满足结构的大小为sizeof(double)=8的倍数。

所以该结构总的大小为：sizeof(MyStruc)为1+7+8+4+4=24。其中总的有7+4=11个字节是VC自动填充的，没有放任何有意义的东西。

VC对结构的存储的特殊处理确实提高CPU存储变量的速度，但是有时候也带来了一些麻烦，我们也屏蔽掉变量默认的对齐方式，自己可以设定变量的对齐方式。VC中提供了#pragma pack(n)来设定变量以n字节对齐方式。n字节对齐就是说变量存放的起始地址的偏移量有两种情况：

第一、如果n大于等于该变量所占用的字节数，那么偏移量必须满足默认的对齐方式。

第二、如果n小于该变量的类型所占用的字节数，那么偏移量为n的倍数，不用满足默认的对齐方式。

结构的总大小也有个约束条件，分下面两种情况：如果n大于所有成员变量类型所占用的字节数，那么结构的总大小必须为占用空间最大的变量占用的空间数的倍数；否则必须为n的倍数。下面举例说明其用法。

#pragma pack(push) //保存对齐状态
#pragma pack(4)//设定为4字节对齐
struct test{
char m1;
double m4;
int m3;
};
#pragma pack(pop)//恢复对齐状态

以上结构的大小为16，下面分析其存储情况，首先为m1分配空间，其偏移量为0，满足我们自己设定的对齐方式（4字节对齐），m1占用1个字节。接着开始为m4分配空间，这时其偏移量为1，需要补足3个字节，这样使偏移量满足为n=4的倍数（因为sizeof(double)大于n）,m4占用8个字节。接着为m3分配空间，这时其偏移量为12，满足为4的倍数，m3占用4个字节。这时已经为所有成员变量分配了空间，共分配了16个字节，满足为n的倍数。如果把上面的#pragma pack(4)改为#pragma pack(16)，那么我们可以得到结构的大小为24。（请读者自己分析）

三. sizeof用法总结

在VC中，sizeof有着许多的用法，而且很容易引起一些错误。下面根据sizeof后面的参数对sizeof的用法做个总结。

A．参数为数据类型或者为一般变量。例如sizeof(int),sizeof(long)等等。这种情况要注意的是不同系统系统或者不同编译器得到的结果可能是不同的。例如int类型在16位系统中占2个字节，在32位系统中占4个字节。

B．参数为数组或指针。下面举例说明.

int a[50]; //sizeof(a)=4*50=200;求数组所占的空间大小
int *a=new int[50];// sizeof(a)=4; a为一个指针，sizeof(a)是求指针的大小,在32位系统中，当然是占4个字节。

C．参数为结构或类。Sizeof应用在类和结构的处理情况是相同的。但有两点需要注意，第一、结构或者类中的静态成员不对结构或者类的大小产生影响，因为静态变量的存储位置与结构或者类的实例地址无关。

第二、没有成员变量的结构或类的大小为1，因为必须保证结构或类的每一

个实例在内存中都有唯一的地址。

下面举例说明：

Class Test{int a;static double c};//sizeof(Test)=4.
Test *s;//sizeof(s)=4,s为一个指针。
Class test1{ };//sizeof(test1)=1;

最后，本人简单说明一下sizeof(union)。sizeof(union)的大小取决于它所有的成员中，占用空间最大的一个成员的大小。

举个例子

union u{
char a[5];
int b;
}

union u1{
char a[5];
char b;
}

sizeof(u)=8，sizeof(u1)=5。sizeof(u1)=5很简单，因为u1中空间最大的成员大小是5。那为什么sizeof(u)=8呢？这是因为第二个成员变量int b的影响。通过以上的分析我们知道，结构体有边界数，其大小必须是结构体重占用最大空间的类型所占用的字节数的倍数，这里原理也一样。sizeof(int)=4，离5最近的4的倍数是8，所以sizeof(u)=8。