计算结构体及其中元素的大小
计算结构体及其中元素的大小
本文验证环境：Microsoft Visual Studio Professional 2019 (2) 版本 16.11.25
语言标准：C++(ISO C++14 标准) C(旧 MSVC)
项目类型：win32
在接触C++八股文的过程中，回顾了关于结构体内存对齐的知识，另外还有一些新的自定义对齐方式的方法，特此说明并举例一二。
内存对齐
内存对齐的原因
提高访存效率。尽管内存以字节为单位，但处理器大多并非以字节为单位来存取内存，它一般会以2、4、8、16甚至32字节为单位来存取内存，称为内存存取粒度。
假如没有对齐，数据任意存放，一个int变量存放在从地址1开始的连续四个字节中，CPU取数据时，先从0地址开始读取第一个4字节块,剔除不想要的字节（0地址）,
然后从地址4开始读取下一个4字节块,同样剔除不要的数据（5，6，7地址）,最后留下的两块数据合并放入寄存器，这需要做很多工作；
有了内存对齐，int只能存放在按照对齐规则的地址中，比如说0地址开始的内存，处理器在取数据时一次就能将数据读出，不需要额外操作，提高了效率。
基本规则（自动对齐）
在一般情况下，
- 结构体第一个成员的偏移量（offset）为0
- 此后每个成员的偏移量都是该成员大小的整数倍，如有需要编译器会在成员之间加上填充字节
- 结构体的总大小为最大成员大小的整数倍，如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节。
注意，成员变量在内存中存储的顺序，严格按照结构体定义顺序排布，所以在定义时要尽可能把成员变量按大小依次声明（从小到大或从大到小），不要大小穿插。
如下例x2，就浪费了很多空间。
但是，这好像也不绝对，按照11241124的方式定义结构体好像也没什么问题。
举例（基本规则比较简单，可以不看）：
struct {int i;char c1;char c2;
} x1;
//printf("%d\n",sizeof(x1)); // 8struct {char c1;int i;char c2;
} x2;
//printf("%d\n",sizeof(x2)); // 12struct {char c1;char c2;int i;
} x3;
//printf("%d\n",sizeof(x3)); // 8
这一部分比较简单，不再赘述。主要看下面的部分。
指定对齐方式的规则
规范指明 结构体边界 的字节对齐方式
c++11以后引入两个关键字alignas与alignof。
alignof可以计算结构体的对齐方式。
alignas可以指定结构体的对齐方式（可指定1,2,4,8,16,…,8192(13次方)等2的次方个字节的对齐方式，指定0为默认对齐方式）。
这个对齐方式仅在一定条件下影响结构体大小，不影响内部成员变量。
此处使用alignas(1<<28)的写法可以测得该参数最大可用268435456（28次方），编译成功但代码标红，CLION平台vs,mingw编译方式实测。
遗憾的是ai助手只是说语言规范并没有限制这个对齐参数的大小，可能是编译器或平台限制了，编译器为什么都限制这个大小，却没有说。
然而，alignas可能会失效
然而alignas只能限定结构体边界的对齐粒度（仅结构体大小是这粒度的整数倍，成员存储仍然是自动对齐，其偏移量不一定是这个的整数倍），
而且在某成员变量比这个粒度大的情况下会失效（IDE也会提示，这个值不能小于默认对齐）：
struct Info1 {char a;int b;char c;
};
// std::cout << sizeof(Info1) << "\t/" << alignof(Info1) << std::endl; // 12 = 4 + 4 + 4 / 4// alignas 生效的情况
struct alignas(8) Info2 {char a;int b; // 注意！根据空间占用结果来看，这个变量并 不 是 从 8 字 节 的 整 数 倍 地 址 开 始 存 储 的！char c;
};
// std::cout << sizeof(Info2) << "\t/" << alignof(Info2) << std::endl; // 16 = 8 + 8 / 8// alignas 失效的情况
struct alignas(2) Info3 { // IDE中这个alignas会标红，提示，对齐不能小于默认对齐char a;int b; // 到此处默认对齐大小变为4字节，大于alignas值，alignas失效，对齐粒度为4字节char c;
};
// std::cout << sizeof(Info3) << "\t/" << alignof(Info3) << std::endl; // 12 = 4 + 4 + 4 / 4
有的人连字节和比特位都分不清，也敢在网上写博客，真是让我大开眼界
平台各异 元素偏移量 的非标字节对齐
gnu c gcc
单字节对齐方法：__attribute__((packed)) （取消编译过程的优化对齐，按实际占用对齐，其实就是不对齐了，GCC特有的语法）
未验证差异点：gcc编译器不是紧凑模式的（不紧凑就会对齐产生空字节），vc编译器不是紧凑的，tiny c的编译器是紧凑的
__attribute__：可以设置函数属性（Function Attribute）、变量属性（Variable Attribute）和类型属性（Type Attribute），是gnu c的特色
packed属性：使用该属性可以使得变量或者结构体成员使用最小的对齐方式，即对变量是一字节对齐，对域（field）是位对齐。
位域，以位为单位的明确大小的类数据成员，相邻位域可以跨过（跨两个不完整的字节存储）、共享相邻字节
（结构体实测，其不能跨越两个定义类型，一个域再大也只能放在一个定义类型的空间中）。
多字节对齐：__attribute__((aligned(2))) 2 字节对齐（按照网上说的是这样的，虚拟机写c又是编译又是执行的，太麻烦了，回头写个脚本方便了再试，待验证）
visual studio、vc
单字节对齐方法
#pragma pack(push,1) 含义：把原来对齐方式设置压栈，并设新的对齐方式为一个字节。
#pragma pack(push) //对齐方式压栈保存
#pragma pack(1)//调整结构体的边界，设定为1字节对齐
// 这两句 相当于 #pragma pack (push,1)
多字节对齐方法
#pragma pack(4)或#pragma pack (push,4)
恢复对齐状态
#pragma pack(pop) 恢复上个对齐状态（对使用过#pragma pack(push)而言）
#pragma pack () 恢复默认对齐方式。
元素存储位数控制
// 本人在vs中测试，对于注释部分的说明，如果在 gnu c 中可能会有不一样的结果#if defined(__GNUC__) || defined(__GNUG__)#define ONEBYTE_ALIGN __attribute__((packed))
#elif defined(_MSC_VER)#define ONEBYTE_ALIGN#pragma pack(push,1)
#endif/**
*
* 0 1 3 6 8 9 15
* +-+---+-----+---+-+-------------+
* | | | | | | |
* |a| b | c | d |e| pad |
* | | | | | | |
* +-+---+-----+---+-+-------------+
*
*/
struct Info {uint16_t a : 1;// uint16_t :0; // 将 uint16_t 所占用两个字节的剩余空间（15个位）全部填0，下个变量从第三个字节开始（实测）uint16_t b : 2;uint16_t c : 3;// uint16_t c1 : 15; // 如果本成员过大，上个位域共享空间不足以存储本成员，本成员会新起一个空间开始存储// uint8_t cc : 3; // 类型改变，不再和上一位域共享一个 uint16_t 空间（2个字节），跳过上个空间开始存储uint16_t d : 2;uint16_t e : 1;uint16_t pad : 7;
} ONEBYTE_ALIGN;#if defined(__GNUC__) || defined(__GNUG__)#undef ONEBYTE_ALIGN
#elif defined(_MSC_VER)#pragma pack(pop)#undef ONEBYTE_ALIGN
#endifstd::cout << sizeof(Info) << std::endl; // 2
std::cout << alignof(Info) << std::endl; // 1
本文部分摘录自：阿秀
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