结构体的对齐方式与结构体占用的空间的计算

问题是这样产生的: 有如下两个结构体

struct TestAlignA
{
 int             a;   
 char            b;   
 short int       c;   
 __int64         d;
};
 
struct TestAlignB
{
 char            c;  
 int             a;
 short int       b;
 __int64         d;
};

执行以下的代码:

_tprintf(_T("size of A: %d\n"), sizeof(TestAlignA));
_tprintf(_T("size of B: %d\n"), sizeof(TestAlignB));

返回的执行结果分别为: 16 与 24
如何分析这个现象呢, 实际上这个和编译器的结构的对齐方式有关. 在不进行人为干扰的情况下(使用#pragma). 结构占用的空间可以按照以下的规则进行计算.
(1) 首先, 假设结构的起始地址为 0x00000000.
(2) 第二, 每个成员变量以其自身类型占用的空间大小进行对齐, 例如 char 类型按1对齐, short int 类型按 2 对齐, int 类型按 3 对齐等等.
(3) 第三, 结构体按照其成员中对齐数最大的成员进行对齐.
这么说好像有点晕, 我们从例子出发说明这个问题.
先说 TestAlignA 结构体, 我们假设其起始地址为 0x0000 0000. 其第一个成员变量 a 为 int 类型, 因而其以4对齐. 容易知道 0x0000 0000 mod 4 = 0, 因此其占用的地址空间为 0x0000 0000 - 0x0000 0003; 下面来看第二个成员变量 b. 它的数据类型为 char 类型, 因此其以 1 对齐. 紧接上一个成员变量a的地址为 0x0000 0004, 显然有 0x0000 0004 mod 1 = 0, 因此其占用的地址空间为 0x0000 0004(?真的如此?); 同理我们分析第三个成员变量c, 其类型为short int因此其以 2 对齐, 紧接着前一个变量的地址为 0x0000 0005, 不能和 2 整除, 因此, 前一个成员变量占用的地址不是 0x0000 0004 一个字节, 而是 0x0000 0004 - 0x0000 0005 两个字节的空间. 这样才能够满足第三个变量的对齐条件. 以此类推, 第三个成员变量占用的地址空间为 0x0000 0006 - 0x0000 0007, 第四个变量占用的地址空间为 0x0000 0008 - 0x0000 000f.
最后看一下结构体的对齐方式是否正确, 结构体中, 最大的对齐方式为以8对齐. 而下一个结构体的地址为 0x0000 0010 可以被 8 整除, 因此可以确定, sizeof(TestAlignA) = 16.
同理, 我们直接给出结构体二的对齐情况, 大家不妨自己一试.
结构体 TestAlignB 的空间占用为: 第一个成员地址空间为 0x0000 0000 - 0x0000 0003第二个成员地址空间为 0x0000 0004 - 0x0000 0007; 第三个成员地址空间为 0x0000 0008 - 0x0000 000f 第四个成员的地址空间为 0x0000 0010 - 0x0000 0018. 整个结构体占用 24 字节.
当然如果我们人为干预了结构体的对齐方式, 那么得到的结果当然就不一样了. 例如, 如果我们令结构体的成员均以2对齐(添加#pragma pack(2), 则结果均为 16, 入下所示

#pragma pack(2)
struct TestAlignA
{
 int             a; // 0x00 - 0x03
 char            b; // 0x04 - 0x05
 short int       c; // 0x06 - 0x07
 __int64         d; // 0x08 - 0x0f
};
struct TestAlignB
{
 char            c; // 0x00 - 0x01
 int             a; // 0x02 - 0x05
 short int       b; // 0x06 - 0x07
 __int64         d; // 0x08 - 0x0f
};

文章出处：飞诺网(www.firnow.com):http://dev.firnow.com/course/3_program/c++/cppjs/2007114/83780.html