小议结构体变量的字节对齐
c语言结构体中的数组字节对齐
C语言结构体中的数组字节对齐在C语言中，结构体是一种用户自定义的数据类型，用于将不同类型的数据组合在一起。
结构体中常常包含多个成员变量，其中可能有数组类型的成员变量。
在结构体中使用数组时，需要了解数组字节对齐的概念和规则，以确保内存的最佳利用和访问的效率。
什么是字节对齐字节对齐是指在将数据存储在计算机内存中时，按照特定规则进行调整，以确保数据的存储和访问的效率。
字节对齐的规则可以对齐数据的起始地址或者数据的长度。
计算机中的数据存储是按照字节(Byte)来划分的，一个字节通常由8个二进制位组成。
字节对齐的主要目的是为了节省内存和提高访问效率。
在C语言中，结构体中的成员变量通常按照字节对齐的规则来排列。
C语言结构体中的数组字节对齐规则在C语言中，结构体中的数组字节对齐规则通常遵循以下原则：1.结构体的起始地址必须是所有成员变量所要求对齐方式的最小公倍数。
2.结构体中的每个成员变量的地址必须是它本身的大小的整数倍。
3.结构体的总大小必须是其最大成员变量大小的整数倍。
根据字节对齐规则，如果结构体中的成员变量的累计大小不是字节对齐的倍数，编译器会在成员变量之间添加填充字节，以满足对齐要求。
这些填充字节在结构体的占用空间中不可访问。
填充字节的目的是将后续成员变量的地址对齐，以提高内存访问效率。
数组字节对齐的示例为了更好地理解数组字节对齐的规则，我们来看一个示例。
#include <stdio.h>struct MyStruct {char c;int i;char arr[3];};int main() {struct MyStruct s;printf("sizeof(MyStruct) = %lu\n", sizeof(struct MyStruct));printf("sizeof(s.c) = %lu\n", sizeof(s.c));printf("sizeof(s.i) = %lu\n", sizeof(s.i));printf("sizeof(s.arr) = %lu\n", sizeof(s.arr));return 0;}输出结果：sizeof(MyStruct) = 12sizeof(s.c) = 1sizeof(s.i) = 4sizeof(s.arr) = 3在这个示例中，我们定义了一个包含一个字符类型变量、一个整型变量和一个长度为3的字符数组的结构体MyStruct。
小议结构体变量的字节对齐
信 息科 学
小议 结构体变量 的字节对齐
杨 善 红
（ 川理 工 学 院计 算 机 学 院 ， 川 自贡 ６ ３ ０ ） 四 四 ４ ０ ０
摘 要： 为了提高 Ｃ Ｕ访 问内存效率， Ｐ 编译器一般会对结构体 变量进行字节对 齐。文章结合 示例深入研讨 了ｓｒｃ，ｎｏ ，ｉ Ｆｅ ｔ ｔｕ ｉｎ Ｂｔ ｉｄ字节对齐和 ｕ ｌ 内存分配规则 ， 为实际编程实现 中提供参考。 关键 词 ： ｃ ａ ｌ ｎ Ｎ ｔｒｌＡ ｉ ；ｐａｍａ ｓ ｅｆ ｐｄ ｉｇ Ａ ｔ ｌＡｉ ； ａ ａ ｌ ｎ ＃ ｒｇ ｉ ｏ ａｄｎ ｕ ｇ ｕ ｇ ｚ 以 ３ 位 Ｉｔ Ｐ ２ ｎｅ Ｃ Ｕ为例（６和 ６ ｌ １ ４位类同）一次可以对一个 ３ 位的数 员实 际 Ａｉｎ值 。 ， ２ ｌ ｇ ２ａｒｙ数组实际 Ｍｉ 值等于该数组成员的实际 Ａ ｉ 值。 ）ｒ ａ ｎ ｇ ｌｎ ｇ 进行运算， 它的数据总线的宽度是 ３ ２位， Ｃ Ｕ字长为 ３ 即 Ｐ ２位。 １ 为什么要进行字节对齐 ３ｕｉ 联合实际 Ａｉ 值等于 冶 最大皖员 ） ｏ ｎｎ ｌｎ ｇ 实际 Ａｉ 值。 ｌ ｎ ｇ ４在 ＡＮ Ｉ ） Ｓ Ｃ中规定位域的类型只能为 ｓ ｎｄ ｎｉｎｄｉｔ， ｉ ｅ／ ｓ ｅ 但各厂家 ｇ ｕ ｇ ｎ 先看下图， 假设 ｌｎ １ ｌ ｇ 变量内存分配结构如下 ： ｏｇ 和 ｏ ２ ｎ １ ８ １ ２ ３ ６ ４ ２ ｌｎ ｌｌ ｇ 类型都为 ｌｎ ， ｎ ｌ ｏｇ ，ｎ ２ ｏ ｏ ｇｌ ｇ 在 都对其进行了扩展， ｏ 类型可以是 ｃ ａ ｈｒ ｌ ｇ ｈ ｓｏ ，ｏ 等但其最大长度不能超过 ｔ ｎ 内存 中的 位 置 正 好 与 内 存 字边 界 对 齐 ， ｉ 的长度， ３ 位平台时为 ３ 位， 位平台时为 １ 位。 ｎ ｔ 即 ２ ２ １ ６ ６ 位域存储空间的分 Ｐ 配也与各编译器的实现有关， 而且与小字节序 （ ６９ｏ ＇ ｘ ＇６ ｉ ８ｉ ｌ 大字节序 （８ ｘ， ６ ００
结构体字节对齐的方法
结构体字节对齐的方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：结构体字节对齐是编程中一个非常重要的概念，尤其在涉及到内存对齐的底层编程中更是不可或缺。
在结构体的定义中，每个元素都需要在内存中占用一定的空间，而结构体整体的大小受到字节对齐规则的限制。
本文将介绍结构体字节对齐的方法及其原理，希望能帮助读者更好地理解和掌握这一概念。
一、什么是字节对齐字节对齐是指在结构体中每个元素按照特定的规则分配内存空间，以便提高内存读取的效率。
在计算机系统中，一般要求数据在内存中的存储地址是某个特定值的倍数，这个特定值就是对齐系数。
常用的对齐系数有1、2、4、8等，根据不同的系统和编译器，对齐系数可能会有所不同。
二、结构体字节对齐的原理在C语言中，结构体的内存对齐是通过编译器来进行处理的。
当定义一个结构体时，编译器会按照一定的规则对结构体中的元素进行字节对齐，以便提高读取效率。
具体的对齐规则如下：1. 结构体中每个元素的偏移量必须是它自身类型大小的整数倍。
2. 结构体的大小必须是最大元素类型大小的整数倍。
3. 结构体的对齐系数为结构体中所有元素类型大小的最大值。
通过这些规则，编译器可以在编译时确定结构体的大小，并根据对齐系数进行内存对齐，从而提高内存访问的效率。
1. 使用#pragma pack指令在C语言中，可以使用#pragma pack指令来改变编译器默认的对齐系数。
通过指定pack(n)来设置n值，表示结构体的对齐系数为n。
这样可以在需要的时候自定义结构体的对齐系数，提高程序的效率。
```c#pragma pack(1)struct Student {char name[10];int age;float score;};```上面的代码中，通过#pragma pack(1)改变了结构体的对齐系数为1，从而可以确保结构体中的每个元素都按照一个字节进行对齐。
2. 使用__attribute__((packed))关键字在GCC编译器中，可以使用__attribute__((packed))关键字来实现对齐系数的设置。
struct对齐原则
struct对齐原则在C语言中，结构体(struct)是一种数据类型，它由不同类型的成员变量组成。
虽然结构体的定义很简单，但它们的内部布局非常重要，因为它们的大小和成员变量的访问速度都取决于它们的布局。
这就是为什么结构体对齐原则是如此重要的原因。
结构体对齐原则是一种约定，指定了如何在内存中组织结构体的成员变量。
在C语言中，结构体的大小必须保证为所有成员变量大小的倍数。
如果不考虑对齐原则，那么存储不同的结构体变量，甚至同一种结构体变量的不同实例时，可能会出现内存对齐不一致的问题，这可能引起不可预知的问题。
下面是几条常用的对齐原则：1. 结构体成员变量的起始地址必须是它长度的倍数。
比如，一个char 类型的变量必须从一个字节的地址开始，而一个double类型的变量必须从8个字节的地址开始。
2. 结构体成员变量在内存中的顺序必须按照它们在结构体定义中出现的顺序排列。
3. 结构体变量的总大小必须是最大成员变量大小的倍数。
比如，如果结构体中包含一个double类型的变量和一个int类型的变量，那么结构体的大小必须是8个字节的倍数。
4. 如果结构体中包含一个子结构体，那么子结构体的大小必须是其最大成员变量大小的倍数。
5. 如果结构体中包含一个指针类型的成员变量，那么它的大小必须是指针大小的倍数。
6. 结构体成员变量所占空间的大小必须是确定的，不能随着结构体的实例而改变。
通过遵循这些对齐原则，可以保证结构体的成员变量在内存中的布局是合理的，并且保证在不同的平台上运行时的一致性。
同时，结构体对齐原则也可以提高程序的性能，因为它可以减少内存的访问次数和内存分配的次数。
总之，结构体对齐原则是C语言程序员必须了解和掌握的重要概念。
只有遵循这些原则，才能保证程序的正确性和性能。
C语言字节对齐__align()讲解
在设计不同 CPU 下的通信协议时，或者编写硬件驱动程序时寄存器的结构这两个地 方都需要按一字节对齐。即使看起来本来就自然对齐的也要使其对齐，以免不同的编译器生 成的代码不一样.
一、快速理解 1. 什么是字节对齐？ 在 C 语言中，结构是一种复合数据类型，其构成元素既可以是基本数据类型（如 int、long、 float 等）的变量，也可以是一些复合数据类型（如数组、结构、联合等）的数据单元。在 结构中，编译器为结构的每个成员按其自然边界（alignment）分配空间。各个成员按照它 们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同。 为了使 CPU 能够对变量进行快速的访问,变量的起始地址应该具有某些特性,即所谓的”对 齐”. 比如4字节的 int 型,其起始地址应该位于4字节的边界上,即起始地址能够被4整除. 2. 字节对齐有什么作用？ 字节对齐的作用不仅是便于 cpu 快速访问，同时合理的利用字节对齐可以有效地节省存储空 间。 对于32位机来说，4字节对齐能够使 cpu 访问速度提高，比如说一个 long 类型的变量，如果 跨越了4字节边界存储，那么 cpu 要读取两次，这样效率就低了。但是在32位机中使用1字节 或者2字节对齐，反而会使变量访问速度降低。所以这要考虑处理器类型，另外还得考虑编 译器的类型。在 vc 中默认是4字节对齐的，GNU gcc 也是默认4字节对齐。 3. 更改 C 编译器的缺省字节对齐方式 在缺省情况下，C 编译器为每一个变量或是数据单元按其自然对界条件分配空间。一般地， 可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件： · 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。 另外，还有如下的一种方式： · __attribute((aligned (n)))，让所作用的结构成员对齐在 n 字节自然边界上。如果结 构中有成员的长度大于 n，则按照最大成员的长度来对齐。 · __attribute__ ((packed))，取消结构在编译过程中的优化对齐，按照实际占用字节数 进行对齐。 4. 举例说明 例1 struct test { char x1; short x2; float x3; char x4; }; 由于编译器默认情况下会对这个 struct 作自然边界（有人说“自然对界”我觉得边界更顺 口）对齐，结构的第一个成员 x1，其偏移地址为0，占据了第1个字节。第二个成员 x2为 short 类型，其起始地址必须2字节对界，因此，编译器在 x2和 x1之间填充了一个空字节。结构的 第三个成员 x3和第四个成员 x4恰好落在其自然边界地址上，在它们前面不需要额外的填充 字节。在 test 结构中，成员 x3要求4字节对界，是该结构所有成员中要求的最大边界单元， 因而 test 结构的自然对界条件为4字节，编译器在成员 x4后面填充了3个空字节。整个结构 所占据空间为12字节。 例2 #pragma pack(1) //让编译器对这个结构作1字节对齐
c语言4字节对齐指令
C语言4字节对齐指令一、什么是对齐指令1.1 对齐的概念在计算机中，对齐是指数据在内存中存储的方式。
内存中的数据是以字节为单位进行存储的，而对齐就是数据在内存中存储时的起始位置需要与其自身的大小对齐。
1.2 对齐的优势对齐的目的是为了提高计算机的访问速度。
当数据对齐之后，CPU的访问操作会更加高效，从而提高程序的执行效率。
二、数据对齐的原则数据的对齐有一定的规则，其中最常见的是按照字节对齐的原则进行排列。
2.1 字节对齐原则在C语言中，数据的字节对齐原则是根据数据类型的大小来确定的。
一般来说，对于基本数据类型，其对齐规则如下所示：•char类型不需要对齐，可以从任意位置开始存储。
•short类型需要2字节对齐，即起始地址必须是2的倍数。
•int类型需要4字节对齐，即起始地址必须是4的倍数。
•long类型需要8字节对齐，即起始地址必须是8的倍数。
2.2 结构体对齐原则对于结构体中的成员变量，其对齐规则也是按照字节对齐的原则进行排列的。
结构体中的成员变量按照其自身的大小顺序存放，并且每个成员变量的起始地址需要满足对齐规则。
三、C语言的对齐指令C语言提供了一些对齐指令，可以用来控制数据的对齐方式。
对齐指令可以通过编译器的选项来设置，也可以使用特殊的关键字进行设置。
3.1 编译器选项设置对齐方式编译器提供了一些选项来设置数据的对齐方式，其中最常用的是-malign-double 选项。
该选项可以控制double类型的对齐方式，一般情况下，我们可以将其设置为-malign-double=8，表示使用8字节对齐方式。
3.2 结构体的对齐指令在C语言中，可以使用#pragma pack(n)指令来设置结构体的对齐方式。
其中n表示对齐的字节数，常用的值为1、2、4、8等。
3.3 成员变量的对齐指令对于结构体中的某个成员变量，可以使用__attribute__((aligned(n)))指令来单独设置其对齐方式，其中n表示对齐的字节数。
结构体字节对齐详解
struct A{
char a;
char reserved[3];//使用空间换时间
int b;
}
reserved成员对我们的程序没有什么意义,它只是起到填补空间以达到字节对齐的目的,当然即使不加这个成员通常编译器也会给我们自动填补对齐,我们自己加上它只是起到显式的提醒作用.
short c;
};
假 设B从地址空间0x0000开始排放。该例子中没有定义指定对齐值，在笔者环境下，该值默认为4。第一个成员变量b的自身对齐值是1，比指定或者默认指定
对齐值4小，所以其有效对齐值为1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.第二个成员变量a，其自身对齐值为4，所以有效对齐值也为4，
这个修饰对象的命令最大是8个字节限制,可以让2字节的对象进行4字节
对齐,但是不能让4字节的对象2字节对齐。
__align是存储类修改,他只修饰最高级类型对象不能用于结构或者函数对象。
2.__packed
__packed是进行一字节对齐
1.不能对packed的对象进行对齐
#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/
struct C
{
char b;
int a;
short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/
sizeof(struct C)值是8。
修改对齐值为1：
#pragma pack (1) /*指定按1字节对齐*/
字节对齐详解 - jack-wang - C++博客
jack-wang
字节对齐（强制对齐以及自然对齐）
字节对齐（强制对齐以及⾃然对齐）struct {}node;32为的x86，window下VC下sizeof(node)的值为1，⽽linux的gcc下值为0；⼀、WINDOWS下（VC--其实GCC和其原理基本⼀样，象这种问题，⼀般要查具体的编译器设置）字节对齐的规则：1、⼀般设置的对齐⽅式为1，2，4字节对齐⽅式，VC⼀般默认为4字节(最⼤为8字节)。
结构的⾸地址必须是结构内最宽类型的整数倍地址；另外，结构体的每⼀个成员起始地址必须是⾃⾝类型⼤⼩的整数倍(需要特别注意的是windows下是这样的，但在linux的gcc编译器下最⾼为4字节对齐），否则在前⼀类型后补0；这⾥特别提到的是数组⼀定要注意，⽽且在⼀些编程的技巧中，我们可以使⽤数组强制字节达到对齐的⽬的。
这在⽹络编程中是很常见的。
举例：⽐如CHAR型占⽤空间为1字节，则其起始位置必须可被1整除。
INT为4字节，其起始位置必须被4带队，依次类推。
（我们假定类或结构体的起始位置为0位置，其实编译器是在开辟空间时，会寻找起始位置可被结构内最宽类型整除的地址做为开始地址，因此我们可以假定其为0值，因为这0值可以被任意的类型整除。
）2、结构体的整体⼤⼩必须可被对齐值整除，默认4（默认，且结构中的类型⼤⼩都⼩于默认的4）。
3、结构体的整体⼤⼩必须可被本结构内的最宽类型整除。
（其实和上⼀条是⼀样的，但这⾥独⽴出来，起注意作⽤。
⽐如结构体⾥的有DOUBLE，那么结构的⼤⼩最后必须可被8整除）注意：GCC不是这样，就是最⾼只能被4整除，它是个死的。
否则（2、3条），编译器会在结构的最后添充⼀定的特定字符来补齐。
struct T{char ch;double d ;};在VC中是16个字节，GCC中为12个字节。
4、对于结构体内嵌套结构体的形势，规定是必须按照基本数据类型来定义，⽽不能以嵌套结构⼤⼩来做为上三种使⽤的基准。
⼆、举例：struct A{int a;char b;short c;};struct B{char b;int a;short c;};struct C{double t;char b;int a;short c;};struct D{char b;double t;int a;short c;};在VC中，SIZEOF这四个结构体，分别为：8、12、24、24；我们先谈第⼀个，（说明⼀下，在考虑结构体⼤⼩时，我们基本可以忽略起始地址的问题，因为这个编译器会⾃动为我们做好，见上⾯的说明），结构体内⾸先是⼀个INT的4字节，起始地址假定为0，整除4，其⼩于等于默认的4字节对齐且0为4（INT的占⽤空间）的整数倍，所以，其占四个字节；其后为起始地址为5，空间为1个字节的CHAR，⼩于4且5为1（CHAR占⽤空间）的整数倍，故占⽤1个字节，然后是⼀个起始地址为5占2个字节的SHORT，其⼩于4，但5不为2的整数倍，故补齐⼀个字节，从第6个字节开始，占2字节空间。
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目前在 ANSI C 中未进行规定，所以各种编译器实现方法都可能不一 样。一般提供命令行选项和使用 #pragma 方式。命令行选项对所有被编译的 文件都起作用，#pragma 则是 ANSI C 特别为实现不同的编译器及平台特性 而规定的预处理器指令。
使用 #pragma pack 或其他开关指定 Align 值时需注意以下几点： 1）为了保证执行速度在没有必要的地方不要使用 #pragma pack，不要 只为了节省空间而使用 BYTE 等类型，其实数据的空间是减少了但代码的空 间却变大了，如本来只需一条指令的地方可能需三四条指令，既影响了执行 速度又增加了空间，得不偿失。如果必须使用 BYTE 等类型，尽可能将其在结 构中排成自然对齐。 2）不同的编译器生成的代码极有可能不同，一定要查看相应手册并做实 验。 struct Dest {
序是没有关系，也没有规定的。结构 struct 中变量与变量之间的空间叫
padding，有时为了对齐在一个结构的最后也会填入 padding ，通常叫 tail
padding。
当然，实际应用中也有不对齐要求，如在处理通讯帧结构时就不能对齐，
否则会带来错误。
2 如何实现字节对齐
各种编译器实现字节对齐规则和方式可能不一样，现以 Visual C++ 6.0
参考文献 [1] [美]Herbert Schildt.C++:The Complete Reference Fourth Edition[M].周志
荣，朱德芳等，译. [2] 龚天富，李广星.高级程序设计语言概论[M].成都：电子科技大学出版社，
1989. [3] Symbian OS Explained: Effective C++ Programming for Smartphones[Z].
long1，long2 类型都为 long，long1 在
内存中的位置正好与内存字边界对齐,
CPU 存取这个数只需访问内存 1 次；而
long2 在内存中跨越字边界,CPU 存取这
个数则需访问内存 2 次。由此可以看出，
字节对齐主要提高 CPU 访问内存效率。
在 VC6.0++中定义 2 个结构体（编译
器设置采用默认值）：
struct TESTA
{
char ch1；
long int ch2；
char ch3；
}A；
struct TESTB
{
char ch1；
char ch3；
long int ch2；
}B；
print（f "SIZE OF TESTA=%d\n",sizeo（f TESTA））；
print（f "SIZE OF TESTB=%d\n",sizeo（f TESTB））；
结果：
SIZE OF TESTA=12
SIZE OF TESTB=8
由 TESTA 和 TESTB 2 个结构体看出，2 个结构体成员都相同，只是成
员定义顺序有所不同，进而导致内存分配大小不一样，为什么呢？
一般编译器生成代码时，都会根据各种 CPU 类型将变量进行对齐，对齐
主要针对 struct，union，class 类型，对于函数当中的单独变量，地址先后顺
编译器是如何根据类型 Align 值来分配内存空间的呢?在进行内存分配 时，有 2 条规律：
1）一个结构成员的偏移（offset）等于该成员实际 Align 值整数倍，如果凑 不成整数倍就在其前加 padding。2） 一个结构的大小等于该结构实际 Align 值整数倍，如果凑不成整数倍就在其后加 tail padding。 3 编译器实现指定 Align 值方法
Actual Align=min（n，Natual Align）
公式 1
Data Type sizeof Natural Align
如指定 Align 值为 2 时，char 的实际
char
1
1
Align 值仍为 1。如指定 Align 值为 1，long，
short
2
2
double 实际 Align 值都为 1。复杂数据类型
都对其进行了扩展，类型可以是 char, short, long 等但其最大长度不能超过 int 的长度，即 32 位平台时为 32 位，16 位平台时为 16 位。位域存储空间的分 配也与各编译器的实现有关，而且与小字节序（x86,i960）,大字节序（680x0, PowerPc）有关。所以在定义位域时要对不同的编译器进行不同的支持，如在 VC 中规定如果两个连续位域的类型不一样或位域的长度为零，编译器将进 行对齐；而其他编译器可能不是这样，所以如果涉及到位域问题一定要查看 编译器手册。 2 存储空间分配
民营科技 2010 年第 9 期
信息科学
小议结构体变量的字节对齐
杨善红 （四川理工学院计算机学院，四川 自贡 643000）
摘 要：为了提高 CPU 访问内存效率，编译器一般会对结构体变量进行字节对齐。文章结合示例深入研讨了 struct，union，Bit Field 字节对齐和 内存分配规则，为实际编程实现中提供参考。
关键词：Actual Align；Natural Align；#pragma sizeof padding
以 32 位 Intel CPU 为例（16 和 64 位类同），一次可以对一个 32 位的数
进行运算，它的数据总线的宽度是 32 位，即 CPU 字长为 32 位。
1 为什么要进行字节对齐
先看下图，假设 long1 和 long2 变量内存分配结构如下：
38 MYKJ
long
4
4
（array，struct ，union，Bit Field）Align 值
double 8
8
定义如下：
1）struct 结构实际 Align 值等于该结
构所有成员的实际 Align 值中最大一个成
员实际 Align 值。 2）array 数组实际 Align 值等于该数组成员的实际 Align 值。 3）union 联合实际 Align 值等于该联合最大成员实际 Align 值。 4）在 ANSI C 中规定位域的类型只能为 signed/unsigned int ，但各厂家
编译器来介绍对齐方式和规则。
2.1 对齐规则
每种基本数据类型都有自然对齐值（Natural Align），实际 Align 值（Ac－
tual Align）与其自然对齐值相等，见下表：
用户可以设置指定 Align 值，通过编译器开关或使用 #pragma 来设置。
当用户指定 Align 值 n,每种数据类型的实际 Align 值定义见公式 1：