pragma pack(非常有用的位元組對齊用法說明)
強調一點:
#pragma pack(4)
typedef struct
{
char buf[3];
word a;
}kk;
#pragma pack()
對齊的原則是min(sizeof(word ),4)=2,因此是2位元組對齊,而不是我們認為的4位元組對齊。
這裡有三點很重要:
1.每個成員分別按自己的方式對齊,並能最小化長度
2.複雜型別(如結構)的預設對齊方式是它最長的成員的對齊方式,這樣在成員是複雜型別時,可以最小化長度
3.對齊後的長度必須是成員中最大的對齊引數的整數倍,這樣在處理陣列時可以保證每一項都邊界對齊
補充一下,對於陣列,比如:
char a[3];這種,它的對齊方式和分別寫3個char是一樣的.也就是說它還是按1個位元組對齊.
如果寫: typedef char Array3[3];
Array3這種型別的對齊方式還是按1個位元組對齊,而不是按它的長度.
不論型別是什麼,對齊的邊界一定是1,2,4,8,16,32,64....中的一個.
宣告:
整理自網路達人們的帖子,部分參照MSDN。
作用:
指定結構體、聯合以及類成員的packing alignment;
語法:
#pragma pack( [show] | [push | pop] [, identifier], n )
說明:
1,pack提供資料宣告級別的控制,對定義不起作用;
2,呼叫pack時不指定引數,n將被設成預設值;
3,一旦改變資料型別的alignment,直接效果就是佔用memory的減少,但是performance會下降;
語法具體分析:
1,show:可選引數;顯示當前packing aligment的位元組數,以warning message的形式被顯示;
2,push:可選引數;將當前指定的packing alignment數值進行壓棧操作,這裡的棧是the internal compiler stack,同時設定當前的packing alignment為n;如果n沒有指定,則將當前的packing alignment數值壓棧;
3,pop:可選引數;從internal compiler stack中刪除最頂端的record;如果沒有指定n,則當前棧頂record即為新的packing alignment數值;如果指定了n,則n將成為新的packing aligment數值;如果指定了identifier,則internal compiler stack中的record都將被pop直到identifier被找到,然後pop出identitier,同時設定packing alignment數值為當前棧頂的record;如果指定的identifier並不存在於internal
compiler stack,則pop操作被忽略;
4,identifier:可選引數;當同push一起使用時,賦予當前被壓入棧中的record一個名稱;當同pop一起使用時,從internal compiler stack中pop出所有的record直到identifier被pop出,如果identifier沒有被找到,則忽略pop操作;
5,n:可選引數;指定packing的數值,以位元組為單位;預設數值是8,合法的數值分別是1、2、4、8、16。
重要規則:
1,複雜型別中各個成員按照它們被宣告的順序在記憶體中順序儲存,第一個成員的地址和整個型別的地址相同;
2,每個成員分別對齊,即每個成員按自己的方式對齊,並最小化長度;規則就是每個成員按其型別的對齊引數(通常是這個型別的大小)和指定對齊引數中較小的一個對齊;
3,結構、聯合或者類的資料成員,第一個放在偏移為0的地方;以後每個資料成員的對齊,按照#pragma pack指定的數值和這個資料成員自身長度兩個中比較小的那個進行;也就是說,當#pragma pack指定的值等於或者超過所有資料成員長度的時候,這個指定值的大小將不產生任何效果;
4,複雜型別(如結構)整體的對齊是按照結構體中長度最大的資料成員和#pragma pack指定值之間較小的那個值進行;這樣在成員是複雜型別時,可以最小化長度;
5,結構整體長度的計算必須取所用過的所有對齊引數的整數倍,不夠補空位元組;也就是取所用過的所有對齊引數中最大的那個值的整數倍,因為對齊引數都是2的n次方;這樣在處理陣列時可以保證每一項都邊界對齊;
更改c編譯器的預設位元組對齊方式:
在預設情況下,c編譯器為每一個變數或資料單元按其自然對界條件分配空間;一般地可以通過下面的兩種方法來改變預設的對界條件:
方法一:
使用#pragma pack(n),指定c編譯器按照n個位元組對齊;
使用#pragma pack(),取消自定義位元組對齊方式。
方法二:
__attribute(aligned(n)),讓所作用的資料成員對齊在n位元組的自然邊界上;如果結構中有成員的長度大於n,則按照最大成員的長度來對齊;
__attribute((packed)),取消結構在編譯過程中的優化對齊,按照實際佔用位元組數進行對齊。
綜上所述,下面給出例子並詳細分析:
例子一:
#pragma pack(4)
class TestB
{
public:
int aa; //第一個成員,放在[0,3]偏移的位置,
char a; //第二個成員,自身長為1,#pragma pack(4),取小值,也就是1,所以這個成員按一位元組對齊,放在偏移[4]的位置。
short b; //第三個成員,自身長2,#pragma pack(4),取2,按2位元組對齊,所以放在偏移[6,7]的位置。
char c; //第四個,自身長為1,放在[8]的位置。
};
可見,此類實際佔用的記憶體空間是9個位元組。根據規則5,結構整體的對齊是min( sizeof( int ), pack_value ) = 4,所以sizeof( TestB ) = 12;
例子二:
#pragma pack(2)
class TestB
{
public:
int aa; //第一個成員,放在[0,3]偏移的位置,
char a; //第二個成員,自身長為1,#pragma pack(4),取小值,也就是1,所以這個成員按一位元組對齊,放在偏移[4]的位置。
short b; //第三個成員,自身長2,#pragma pack(4),取2,按2位元組對齊,所以放在偏移[6,7]的位置。
char c; //第四個,自身長為1,放在[8]的位置。
};
可見結果與例子一相同,各個成員的位置沒有改變,但是此時結構整體的對齊是min( sizeof( int ), pack_value ) = 2,所以sizeof( TestB ) = 10;
例子三:
#pragma pack(4)
class TestC
{
public:
char a; //第一個成員,放在[0]偏移的位置,
short b; //第二個成員,自身長2,#pragma pack(4),取2,按2位元組對齊,所以放在偏移[2,3]的位置。
char c; //第三個,自身長為1,放在[4]的位置。
};
整個類的實際記憶體消耗是5個位元組,整體按照min( sizeof( short ), 4 ) = 2對齊,所以結果是sizeof( TestC ) = 6;
例子四:
struct Test
{
char x1; //第一個成員,放在[0]位置,
short x2; //第二個成員,自身長度為2,按2位元組對齊,所以放在偏移[2,3]的位置,
float x3; //第三個成員,自身長度為4,按4位元組對齊,所以放在偏移[4,7]的位置,
char x4; //第四個陳冠,自身長度為1,按1位元組對齊,所以放在偏移[8]的位置,
};
所以整個結構體的實際記憶體消耗是9個位元組,但考慮到結構整體的對齊是4個位元組,所以整個結構佔用的空間是12個位元組。
例子五:
#pragma pack(8)
struct s1
{
short a; //第一個,放在[0,1]位置,
long b; //第二個,自身長度為4,按min(4, 8) = 4對齊,所以放在[4,7]位置
};
所以結構體的實際記憶體消耗是8個位元組,結構體的對齊是min( sizeof( long ), pack_value ) = 4位元組,所以整個結構佔用的空間是8個位元組。
struct s2
{
char c; //第一個,放在[0]位置,
s1 d; //第二個,根據規則四,對齊是min( 4, pack_value ) = 4位元組,所以放在[4,11]位置,
long long e; //第三個,自身長度為8位元組,所以按8位元組對齊,所以放在[16,23]位置,
};
所以實際記憶體消耗是24自己,整體對齊方式是8位元組,所以整個結構佔用的空間是24位元組。
#pragma pack()
所以:
sizeof(s2) = 24, s2的c後面是空了3個位元組接著是d。