struct

結構體中的成員可以是不同的資料型別，成員按照定義時的順序依次儲存在連續的記憶體空間。和陣列不一樣的是，結構體的大小不是所有成員大小簡單的相加，需要考慮到系統在儲存結構體變數時的地址對齊問題。看下面這樣的一個結構體：

　　struct stu1

　　{

　　int i;

　　char c;

　　int j;

　　}；

　　先介紹一個相關的概念——偏移量。偏移量指的是結構體變數中成員的地址和結構體變數地址的差。結構體大小等於最後一個成員的偏移量加上最後一個成員的大小。顯然，結構體變數中第一個成員的地址就是結構體變數的首地址。因此，第一個成員i的偏移量為0。第二個成員c的偏移量是第一個成員的偏移量加上第一個成員的大小（0+4）,其值為4；第三個成員j的偏移量是第二個成員的偏移量加上第二個成員的大小（4+1）,其值為5。

　　實際上，由於儲存變數時地址對齊的要求，編譯器在編譯程式時會遵循兩條原則：一、結構體變數中成員的偏移量必須是成員大小的整數倍（0被認為是任何數的整數倍） 二、結構體大小必須是所有成員大小的整數倍。

　　對照第一條，上面的例子中前兩個成員的偏移量都滿足要求，但第三個成員的偏移量為5，並不是自身(int)大小的整數倍。編譯器在處理時會在第二個成員後面補上3個空位元組，使得第三個成員的偏移量變成8。

　　對照第二條，結構體大小等於最後一個成員的偏移量加上其大小，上面的例子中計算出來的大小為12，滿足要求。

　　再看一個滿足第一條，不滿足第二條的情況

　　struct stu2

　　{

　　int k;

　　short t;

　　}；

　　成員k的偏移量為0；成員t的偏移量為4，都不需要調整。但計算出來的大小為6，顯然不是成員k大小的整數倍。因此，編譯器會在成員t後面補上2個位元組，使得結構體的大小變成8從而滿足第二個要求。由此可見，大家在定義結構體型別時需要考慮到位元組對齊的情況，不同的順序會影響到結構體的大小。對比下面兩種定義順序

　　struct stu3

　　{

　　char c1;//偏移量為0符合要求

　　int i;//偏移量為1， 結構體變數中成員的偏移量必須是成員大小的整數倍（0被認為是任何數的整數倍），故偏移量應為4

　　char c2;//偏移量為8（偏移量4+int大2小4），符合要求

　　}

    算出sizeof( stu3 )=1+8=9，但9不是int的整數倍故最終大小為12

　　struct stu4

　　{

　　char c1; //偏移量為0符合要求

　　char c2;// //偏移量為1符合要求

　　int i; //偏移量為2不符合要求故偏移量為4

　　}

算出sizeof( stu4 )=4+4=8，8是int的整數倍故最終大小為8

如果結構體中的成員又是另外一種結構體型別時應該怎麼計算呢？只需把其展開即可。但有一點需要注意，展開後的結構體的第一個成員的偏移量應當是被展開的結構體中最大的成員的整數倍。看下面的例子：

　　struct stu5

　　{

　　short i;

　　struct

　　{

　　char c;

　　int j;

　　} ss;

　　int k;

　　}

　　結構體stu5的成員ss.c的偏移量應該是4，而不是 2。整個結構體大小應該是16。

下面做一些補充：

一.什麼是位元組對齊,為什麼要對齊?

    現代計算機中記憶體空間都是按照byte劃分的，從理論上講似乎對任何型別的變數的訪問可以從任何地址開始，但實際情況是在訪問特定型別變數的時候經常在特 定的記憶體地址訪問，這就需要各種型別資料按照一定的規則在空間上排列，而不是順序的一個接一個的排放，這就是對齊。
    對齊的作用和原因：各個硬體平臺對儲存空間的處理上有很大的不同。一些平臺對某些特定型別的資料只能從某些特定地址開始存取。比如有些架構的CPU在訪問 一個沒有進行對齊的變數的時候會發生錯誤,那麼在這種架構下程式設計必須保證位元組對齊.其他平臺可能沒有這種情況，但是最常見的是如果不按照適合其平臺要求對 資料存放進行對齊，會在存取效率上帶來損失。比如有些平臺每次讀都是從偶地址開始，如果一個int型（假設為32位系統）如果存放在偶地址開始的地方，那 麼一個讀週期就可以讀出這32bit，而如果存放在奇地址開始的地方，就需要2個讀週期，並對兩次讀出的結果的高低位元組進行拼湊才能得到該32bit數 據。顯然在讀取效率上下降很多。

二.編譯器是按照什麼樣的原則進行對齊的?

    先讓我們看四個重要的基本概念：
1.資料型別自身的對齊值：
  對於char型資料，其自身對齊值為1，對於short型為2，對於int,float,double型別，其自身對齊值為4，單位位元組。
2.結構體或者類的自身對齊值：其成員中自身對齊值最大的那個值。
3.指定對齊值：#pragma pack (value)時的指定對齊值value。
4.資料成員、結構體和類的有效對齊值：自身對齊值和指定對齊值中小的那個值。
有 了這些值，我們就可以很方便的來討論具體資料結構的成員和其自身的對齊方式。有效對齊值N是最終用來決定資料存放地址方式的值，最重要。有效對齊N，就是 表示“對齊在N上”，也就是說該資料的"存放起始地址%N=0".而資料結構中的資料變數都是按定義的先後順序來排放的。第一個資料變數的起始地址就是數 據結構的起始地址。結構體的成員變數要對齊排放，結構體本身也要根據自身的有效對齊值圓整(就是結構體成員變數佔用總長度需要是對結構體有效對齊值的整數 倍，結合下面例子理解)。這樣就不能理解上面的幾個例子的值了。
例子分析：
分析例子B；
struct B
{
    char b;
    int a;
    short c;
};
假 設B從地址空間0x0000開始排放。該例子中沒有定義指定對齊值，在筆者環境下，該值預設為4。第一個成員變數b的自身對齊值是1，比指定或者預設指定 對齊值4小，所以其有效對齊值為1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.第二個成員變數a，其自身對齊值為4，所以有效對齊值也為4， 所以只能存放在起始地址為0x0004到0x0007這四個連續的位元組空間中，複核0x0004%4=0,且緊靠第一個變數。第三個變數c,自身對齊值為 2，所以有效對齊值也是2，可以存放在0x0008到0x0009這兩個位元組空間中，符合0x0008%2=0。所以從0x0000到0x0009存放的 都是B內容。再看資料結構B的自身對齊值為其變數中最大對齊值(這裡是b）所以就是4，所以結構體的有效對齊值也是4。根據結構體圓整的要求， 0x0009到0x0000=10位元組，（10＋2）％4＝0。所以0x0000A到0x000B也為結構體B所佔用。故B從0x0000到0x000B 共有12個位元組,sizeof(struct B)=12;其實如果就這一個就來說它已將滿足位元組對齊了, 因為它的起始地址是0,因此肯定是對齊的,之所以在後面補充2個位元組,是因為編譯器為了實現結構陣列的存取效率,試想如果我們定義了一個結構B的陣列,那 麼第一個結構起始地址是0沒有問題,但是第二個結構呢?按照陣列的定義,陣列中所有元素都是緊挨著的,如果我們不把結構的大小補充為4的整數倍,那麼下一 個結構的起始地址將是0x0000A,這顯然不能滿足結構的地址對齊了,因此我們要把結構補充成有效對齊大小的整數倍.其實諸如:對於char型資料，其 自身對齊值為1，對於short型為2，對於int,float型別，其自身對齊值為4，,double自身對齊值為8，這些已有型別的自身對齊值也是基於陣列考慮的,只 是因為這些型別的長度已知了,所以他們的自身對齊值也就已知了.
同理,分析上面例子C：
#pragma pack (2) /*指定按2位元組對齊*/
struct C
{
    char b;
    int a;
    short c;
};
#pragma pack () /*取消指定對齊，恢復預設對齊*/
第 一個變數b的自身對齊值為1，指定對齊值為2，所以，其有效對齊值為1，假設C從0x0000開始，那麼b存放在0x0000，符合0x0000%1= 0;第二個變數，自身對齊值為4，指定對齊值為2，所以有效對齊值為2，所以順序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四個連續 位元組中，符合0x0002%2=0。第三個變數c的自身對齊值為2，所以有效對齊值為2，順序存放
在0x0006、0x0007中，符合 0x0006%2=0。所以從0x0000到0x00007共八位元組存放的是C的變數。又C的自身對齊值為4，所以C的有效對齊值為2。又8%2=0,C 只佔用0x0000到0x0007的八個位元組。所以sizeof(struct C)=8.

三.如何修改編譯器的預設對齊值?

1.在VC IDE中，可以這樣修改：[Project]|[Settings],c/c++選項卡Category的Code Generation選項的Struct Member Alignment中修改，預設是8位元組。
2.在編碼時，可以這樣動態修改：#pragma pack .

Union

union的長度取決於其中的長度最大的那個成員變數的長度。即union中成員變數是重疊擺放的，其開始地址相同。

其實union(共用體)的各個成員是以同一個地址開始存放的,每一個時刻只可以儲存一個成員,這樣就要求它在分配記憶體單元時候要滿足兩點:   
  1.一般而言,共用體型別實際佔用儲存空間為其最長的成員所佔的儲存空間；   
  2.若是該最長的儲存空間對其他成員的元型別(如果是陣列,取其型別的資料長度,例int   a[5]為4)不滿足整除關係,該最大空間自動延伸;   
  我們來看看這段程式碼:   

  union   mm{   

  char   a;//元長度1   

  int   b[5];//元長度4   

  double   c;//元長度8   

  int   d[3]; //元長度4

  };   

本來mm的空間應該是sizeof(int)*5=20;但是如果只是20個單元的話,那可以存幾個double型(8位)呢?兩個半?當然不可以,所以mm的空間延伸為既要大於20,又要滿足其他成員所需空間的整數倍,,因為含有double元長度8，故大小為24。
所以union的儲存空間先看它的成員中哪個佔的空間最大,拿他與其他成員的元長度比較,如果可以整除就行。