一、引言：
sizeof是c语言中的一个运算符，用来求某个变量或者类型的长度，CSDN有篇文章介绍sizeof的特点介绍的比较详细，我写这篇文章主要是介绍struct的数据成员对齐。C语言的struct成员对齐与操作系统有关，在window与linux上的表现不同，先来看一个例子:
1 #include <stdio.h> 2 typedef struct{ 3 int num1; 4 int num2; 5 double num3; 6 7 }A; 8 typedef struct{ 9 int num1; 10 double num3; 11 int num2; 12 }B; 13 14 int main(void) { 15 printf("A:%d\n",sizeof(A)); 16 printf("B:%d\n",sizeof(B)); 17 return 0; 18 }
二、windows的对齐情况
上面这段程序在windows下执行打印的是：
A:16
B:24
为什么数据成员一样，只是成员的顺序不同，导致结构体所占的空间会不同，这就是数据对齐的原因，为了提高存储器的访问效率，避免读一个成员数据访问多次存储器，操作系统对基本数据类型的合法地址做了限制，要求某种类型对象的地址必须是某个值K的整数倍（K=2或4或8）。Windows给出的对齐要求是:任何K（K=2或4或8）字节的基本对象的地址都必须是K的整数倍。在上面的示例中，num1和num2为int占4个字节，num3为double占8了字节，结构体A、B的数据对齐情况分别如下：
上面的是结构体A的对齐情况，下面的是结构体B的对齐情况，图中的灰色部分为对齐填充部分，不代表有效数据。可以看到A的分布很紧凑，没有留下空隙，而B中，有两段空隙，因为数据A不需要填充就能满足K（这里K=4、8）字节的对象的起始地址是K的整数倍了。而B中，第一个数据成员是num1，大小为四个字节，接下来的是num3，大小为8个字节，num3不能紧接在num1的后面，因为4不是8的整数倍，因此需要填充4个字节，这样num3的起始地址就在8上，满足要求，之后的num2接在num3后，起始地址为16。有人会问，为什么B占用的是24个字节，而不是20个字节，从上面的图中，也看出，用20个字节刚好装下了num1、num2、num3这三个元素，并且这三个元素都满足了对齐要求，为什么num2后面还要填充4个字节？事实上，如果只有一个B对象，20字节确实是满足对齐要求的，但如果我们声明一个类型为B的数据：B b[3]，每个B对象只用20字节，则其数据偏移情况如下：
可以看到，b[1]的num3的起始地址是28，不满足8的整数倍的要求，这就是B为什么要24字节的原因，为了所有的数据满足”任何K（K=2或4或8）字节的基本对象的地址都必须是K的整数倍“的要求，必须是结构体的整体大小必须是最大的K的整数倍。
三、linux的对齐情况
以上是windows的对齐要求，如果在linux上执行前面的示例，输出A、B所占的字节数都是16。Linux的对齐要求是：2字节类型的数据（如short）的起始地址必须是2的整数倍，而较大（int *,int double ,long）的数据类型的地址必须是4的整数倍。linux的对齐要求比windows宽松，这样会更加充分的利用存储空间，但是访问效率没有window好。linux下结构体B的对齐情况如下：
这里是针对32位的系统，对于X86-64，linux与windows一样，要求K字节的数据类型是K的倍数。
以上是对struct的数据对齐的简单介绍，我想，这个数据对齐可以出两个面试题，一个是已知道结构体定义，求成员的起始地址和结构体大小；另一个是，已知结构体定义，如何排列成员变量的顺序，使得整个结构体占有的存储空间最小。
四、计算结构体的大小和各个成员的起始地址
这个题目是比较简单的，只要把对齐要求理解了，我们只前往后处理每一个变量，只要当前放入的变量满足对齐要求，然后递归求后门的变量，直接上代码了：
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #define MAX 100 char *vars[MAX];//保存变量名 int lens[MAX];//保存变量的字节长度 int start[MAX];//保存变量的起始地址 int ALIGN; /*********扫描成员变量和长度，每一组输入由变量名和长度组成**********/ int scanfStruct(){ char var[20],*p; int len; int index = 0; printf(">>"); while(scanf("%s %d",var,&len) && var[0] != '$'){ p = (char *)malloc(strlen(var)); strcpy(p,var); vars[index] = p; lens[index] = len; printf(">>"); // printf("%s:%d\n>>",vars[index],lens[index]); index ++; } return index; } /*********计算linux的对齐长度*********/ int getLinuxAlign(int *lens, int n){ int i=0; int align = 1; for(i = 0;i< n;i++){ if(align < 2 && *(lens +i) == 2) align = 2; if(align <4 && *(lens +i) >= 4) align = 4; } return align; } /*********计算windows的对齐长度*********/ int getWindowsAlign(int *lens, int n){ int i=0; int align = 1; for(i = 0;i< n;i++){ if(align < 2 && *(lens +i) == 2) align = 2; if(align <4 && *(lens +i) == 4) align = 4; if(align <8 && *(lens +i) == 8) align = 8; } return align; } /****** 递归计算各个变量的数据偏移以及结构体大小 i表示正在处理第i个变量，curAddr表示当前地址 size表示结构体的大小，n表示变量个个数 ******/ void getStart(int i,int *curAddr, int *size, int n){ if(i >= n) return; start[i] = *curAddr;//第i个变量的首地址为当前地址 *curAddr += lens[i]; *size += lens[i]; if( *curAddr % ALIGN ==0)//当前地址能被对齐长度整除，直接递归处理下一个变量 getStart(i+1,curAddr,size,n); else{//当前地址不能被对齐长度整除 int blank = ALIGN - (*curAddr % ALIGN);//需要填充的大小 if(i == n-1){//已经是最后一个变量，只需将结构体大小扩充一下 *size += blank; return; }else if(lens[i+1] > blank){//下一个变量的大小大于填充大小，填充后，递归处理下一个变量 *curAddr += blank; *size += blank; getStart(i+1,curAddr,size,n); }else{ i++; while(lens[i] <= blank){//只要下一个变量的大小小于填空空白大小 start[i] = *curAddr; *curAddr += lens[i]; *size += lens[i]; blank = ALIGN -(*curAddr % ALIGN); if(i == n-1){ *size += blank; return ; } i++; } getStart(i,curAddr,size,n); } } } void printStart(int n){ int i=0; for(i=0; i<n; i++) printf("%s(%d):%d\n",vars[i],lens[i],start[i]); } int main(){ int n; int curAddr = 0; int size = 0; n = scanfStruct(); //ALIGN = getLinuxAlign(lens,n); ALIGN = getWindowsAlign(lens,n); getStart(0,&curAddr,&size,n); printf("align:%d\n",ALIGN); printf("\nsize:%d\n",size); printStart(n); return 0; }
五、排列成员顺序，使得结构体占有存储空间最小
这个题目更有意思，我这里暂时不贴，有想法的欢迎回复。
感谢阅读，欢迎回复！
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