结构中字段对齐的奇怪行为

Question

#include <iostream>
using namespace std;
#pragma pack(push, 4)
struct Foo
{
    char ch;   //1
    char ch2;  //1
    char ch3;  //1
    char ch4;  //1 _4
    char ch5;  //1
    short num; //2
    char ch6;  //1 _4
    int num2;  //4 _4
};
#pragma pack(pop)

int main() {
    cout << sizeof( Foo );
    return 0;
}

为什么输出是16字节？我认为它必须是 12，因为：

4 char = 4 bytes  
char + short + char = 4 bytes  
int = 4 bytes

那么谁能解释一下剩下的 4 个字节在哪里？

Answer 1

你得到的是内存中的以下内容（|s 是 4 字节边界）：

|char char char char|char 1bytePadding short|char 3bytesPadding|int|

中的short需要对齐2byte的边界，所以在前面的char后面插入一个字节的padding即可。类似地，int 必须是 4 字节对齐的，所以在 char 之后必须插入 3 个字节的填充，这样就可以了。如果您正在针对 space 进行优化，则经验法则是从最大到最小对成员进行排序。如果您这样做，它将是：

|int|short char char| char char char char|

如您所料，这将占用 12 个字节。

Answer 2

这与对齐有关。

简而言之，如果不同的值在内存中 "aligned"，CPU 会更喜欢。例如，如果你正在处理一个标准的 32 位整数（4 个字节），大多数 CPU 会希望它驻留在一个可以被 4 整除的内存地址中。因此，10004 的内存地址就可以了, 10008 可以，但 10005 不行。

大多数 CPU 在处理未对齐的值时会抛出异常并拒绝处理。然而，我们可信赖的 x86 是一个例外，并且会正确处理它——尽管速度要慢得多。在幕后，它将从内存中获取 2 个对齐的整数，然后旋转位以从中提取未对齐的整数。（在其他平台上，我认为编译器会生成额外的指令来完成这项工作，但我不确定）所以你真的不希望这种情况发生，除非你有一个很好的理由。

这就是为什么您的编译器在 struct 成员之间生成一些填充字节的原因 - 这样 short 将位于偶数地址而 int 将位于地址可以被 4 整除。

#pragma pack 可以影响这一点，但前提是您将其设置为小于 4。你会遇到我之前提到的对齐问题。

Answer 3

这是带有偏移量的结构：

struct Foo
{
    0:  char ch;   //1
    1:  char ch2;  //1
    2:  char ch3;  //1
    3:  char ch4;  //1 
    4:  char ch5;  //1
    5:  _padding   //1
    6:  short num; //2
    8:  char ch6;  //1 
    9:  _padding   //3
    12: int num2;  //4 
    16:
};

因为你的平台上的 short 有 2 个字节对齐，在 num 之前添加了 1 个字节填充以使其偏移量可以被 2 整除。然后 ch6 之后有 3 个字节到使 num2 的偏移量可以被 4 整除。

结构中字段对齐的奇怪行为

Strange behavior of fields aligment in the structure

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