这篇文章介绍C语言结构体字节对齐的问题。

1 结构体字节对齐的规则

结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除；???
数据类型自身的对齐：例如，在x86_64系统，char型数据自身对齐值为1字节，short型数据为2字节，int/float型为4字节，long/double/void*型为8字节。
结构体或者类的自身的对齐：其成员中自身对齐值中的最大值。
指定对齐值的情况下的对齐规则：#pragma pack (value)时的指定对齐值value。指定规则后以指定规则进行对齐。
- 使用伪指令#pragma pack(n)：C编译器将按照n个字节对齐；
- 使用伪指令#pragma pack()：取消自定义字节对齐方式。
数据成员、结构体和类的有效对齐值：若存在指定对齐值，需要自身对齐值和指定对齐值中较小者，即有效对齐值=min{自身对齐值，当前指定的pack值}。

2 x86环境各种基本数据类型的字节数

数据类型	x86	x86_64
char	1	1
short	2	2
int	4	4
long	4	8
float	4	4
double	8	8
void*	4	8

3 示例程序

当前的实例程序假定结构体首地址为0。环境关键信息如下：

Archithecture: x86_64
GCC version: 4.4.7

3.1 指定1字节对齐的示例分析

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#pragma pack(1)
struct test {
    char a;  // not padding
    int b;   // not pading
    short c;
};
#pragma pack()
sizeof(struct test); // 7 字节

说明：

变量a，char自身对齐值为1, 指定值为1; 两者取小的值为1。首地址为0，变量a是对齐的，因此变量a占用1个字节。此时偏移1字节。

变量b, int类型自身对齐值为4, 指定值为1，两者取小的偏移值为1。当前偏移1字节，因此变量b前不需要填充，b占用4字节。此时偏移5字节。

变量c, short类型自身对齐值为2，指定值为1，两者取小的偏移单位为1。当前偏移5字节，因此变量c前也不需要填充，c占用2字节。此时偏移7字节。

结构体自身的对齐值取最大变量的长度(int)，即4字节。但是指定的长度为1字节，两者取小即可得到整个结构体的对齐单位为1字节。因此，整个结构体占用7字节。

3.2 指定2字节对齐的示例分析

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#pragma pack(2)
struct test {
    char a; // pading 1Byte
    int b;  // not padding
    short c;
};
#pragma pack()
sizeof(struct test); // 8 字节

说明：

变量a，char自身对齐值为1, 指定值为2; 两者取小的值为1。首地址为0，变量a是对齐的，因此变量a占用1个字节。此时偏移1字节。

变量b, int类型自身对齐值为4, 指定值为2，两者取小的偏移值为2。当前偏移1字节，因此变量b前需要填充1字节，b占用4字节。此时偏移6字节。

变量c, short类型自身对齐值为2，指定值为2，两者取小的偏移单位为2。当前偏移6字节，因此变量c前不需要填充，c占用2字节。此时偏移8字节。

结构体自身的对齐值取最大变量的长度(int)，即4字节。但是指定的长度为2字节，两者取小即可得到整个结构体的对齐单位为2字节。当前偏移长度为8字节，已经是对齐单位整数倍，所以无需填充。因此，整个结构体占用8字节。

3.3 指定4字节对齐的示例分析

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#pragma pack(4)
struct test {
    char a;
    int b;
    short c;
};
#pragma pack()
sizeof(struct test); // 12字节

说明：

变量a，char自身对齐值为1, 指定值为4; 两者取小的值为1。首地址为0，变量a默认是对齐的，因此变量a占用1个字节，无需填充。当前偏移1字节。

变量b, int类型自身对齐值为4, 指定值为4，两者取小的偏移值为4。当前偏移1字节，因此变量b前需要填充3字节，b占用4字节。当前偏移8字节。

变量c, short类型自身对齐值为2，指定值为4，两者取小的偏移单位为2。当前偏移8字节，因此变量c前不需要填充，c占用2字节。当前偏移10字节。

结构体自身的对齐值取最大变量的长度(int)，即4字节。指定的长度为4字节，两者取小即可得到整个结构体的对齐单位为4字节。当前偏移长度为10字节，不是对齐单位整数倍，所以需要填充2字节。因此，整个结构体占用12字节。

3.3 指定8字节对齐的示例分析

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#pragma pack(8)
struct test {
    char a;
    int b;
    short c;
};
#pragma pack()
sizeof(struct test); // 12字节

说明：变量a，char自身对齐值为1, 指定值为8; 两者取小的值为1。首地址为0，变量a默认是对齐的，因此变量a占用1个字节，无需填充。当前偏移1字节。

变量b, int类型自身对齐值为4, 指定值为8，两者取小的偏移值为4。当前偏移1字节，因此变量b前需要填充3字节，b占用4字节。当前偏移8字节。

变量c, short类型自身对齐值为2，指定值为8，两者取小的偏移单位为2。当前偏移8字节，因此变量c前不需要填充，c占用2字节。当前偏移10字节。

结构体自身的对齐值取最大变量的长度(int)，即4字节。指定的长度为8字节，两者取小即可得到整个结构体的对齐单位为4字节。当前偏移长度为10字节，不是对齐单位整数倍，所以需要填充2字节。因此，整个结构体占用12字节。

3.4 不指定字节，按照默认对齐的示例分析

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struct test {
    char a;
    int b;
    short c;
    long d;
};
sizeof(struct test); // 24字节

说明： 变量a，char自身对齐值为1; 首地址为0，变量a默认是对齐的，因此变量a占用1个字节，无需填充。当前偏移1字节。

变量b, int类型自身对齐值为4。当前偏移1字节，因此变量b前需要填充3字节，b占用4字节。当前偏移8字节。

变量c, short类型自身对齐值为2。当前偏移8字节，因此变量c前不需要填充，c占用2字节。当前偏移10字节。

变量d, long类型自身对齐值为8。当前偏移10字节，因此变量d前需要填充6个字节，c占用8字节。当前偏移24字节。

结构体自身的对齐值取最大变量的长度(long)，即8字节。无指定的对齐长度，因此整个结构体的对齐单位为8字节。当前偏移长度为24字节，是对齐单位整数倍，所以不需要填充。因此，整个结构体占用24字节。

C语言结构体字节对齐问题

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