#pragma pack详解

数据对齐

程序中变量的存储可以直接影响到程序的运行速度。计算机中都是以字节划分内存空间，通常编译器会为我们选择适合目标平台的对齐策略，但是有时候也带了一些麻烦，要自定义变量的对齐策略我们就需要用到#pragma pack。

应用场景

百度百科里提到一个典型的应用场景：各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出，而如果存放在奇地址开始的地方，就可能会需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该int数据。

说白了，一个正确的字节对齐方式，就是为了让CPU在最短的时间内读取完变量，同时还让整体的结构存储空间最小。

字节对齐方式的使用

四个概念

数据类型自身的对齐值：基本数据类型的自身对齐值。
结构体或者类的自身对齐值：其数据成员中自身对齐值最大的那个值。
指定对齐值：系统默认的或者我们通过#pragma pack(value)指定对齐值value。
数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中小的那个值。

想要巧妙设定字节对齐的字节数，必须要知道上面四个数值之间的关系：数据成员、结构体和类的有效对齐值，是最终存储时的数据、结构体和类决定数据存放地址方式的值。分为数据有效对齐值，结构体和类有效对齐值两个。同时整体的要满足这四条规则。

数据有效对齐值 = min(数据类型的自身对齐值，指定对齐值value)。
结构体，联合体和类有效对齐值 = min(结构体、联合体和类自身对齐值，指定对齐值value)
保证每一个数据满足：不同类型数据都满足：当前数据存储的首地址 % 数据有效对齐值 = 0；
补齐末尾的空间，保证长度对齐，即总长度 % 实际对齐长度 = 0；

选择最好的对齐字节数值

最好的value的值，就是和变量自身对齐值为整数数关系下，使得总体数据结构占用空间最小的值。

//默认字节对齐方式为4字节对齐
struct C {char b;  //自身对齐值为1，有效对齐值为min(1,4)int a;   //自身对齐值为4，有效对齐值为min(4,4)short c;  //自身对齐值为2，有效对齐值为min(2,4)
};
//由上述第2条：C的有效对齐值为4。

数据结构大小计算：

我们认为第一个元素的起始地址为0x0000,所以,第一个char b的有效对齐值为1，0x0000%1=0，符合。
第二个元素int a,有效对齐值为4，初始位置为0x0001,0x0001%4=1,不符合，往后面移动一位，0x0002%4=2,不符合，到0x0004,0x0004%4=0,符合，所以int a的起始地址为0x0004。
第三个元素short c，有效对齐值为2，起始地址为0x0008,0x0008%2=0,符合，所以short c起始地址为0x0008
所以结构体C的整体存储空间大小为：4+4+2=10,10%4=2，所以要满足上面的第四条，则0x0010和0x0011也是C的空间，这样C一共就占了12个字节。

但是明显这个不是最优的字节对齐方式，看看下面这个：

//改变字节对齐方式为2字节对齐
struct C {char b;  //自身对齐值为1，有效对齐值为min(1,2)int a;   //自身对齐值为4，有效对齐值为min(4,2)short c;  //自身对齐值为2，有效对齐值为min(2,2)
};
//由上述第2条：C的有效对齐值为2。

数据结构大小计算：

第一个元素的起始地址为0x0000,char b的有效对齐值为1，0x0000%1=0，符合。
第二个元素int a,有效对齐值为2，初始位置为0x0001,0x0001%2=1,不符合，往后面移动一位，0x0002%2=0,符合，所以int a的起始地址为0x0002。
第三个元素short c，有效对齐值为2，起始地址为0x0006,0x0006%2=0,符合，所以short c起始地址为0x0006。
所以结构体C的整体存储空间大小为：2+4+2=8,8%2=0，所以满足上面的第四条，这样C一共就占了8个字节。

所以，设置不同的字节对齐方式对于数据的存储空间来说有不同的影响，在和变量自身对齐值为整数数关系下，选择变量有效对齐值中位数附近的数值效果最好。

#pragma pack

作用：

指定结构体，联合，类成员的字节对齐方式

语法：

#pragma pack( show | push | pop ,identifier, n )

show:
- #pragma pack(show):显示当前字节对齐方式的字节数，以warning显示。
push:
- #pragma pack(push):将当前的字节对齐方式入栈(internal compiler stack)，也就是保存当前的字节对齐方式。
pop:
- #pragma pack(pop)：将(internal compiler stack)栈顶的记录出栈，也就是恢复最新的一次字节对齐方式。
identifier:
- #pragma pack(push,identfier):当同push一起使用时，赋予当前被压入栈中的record一个名称；
- #pragma pack(pop,identfier):当同pop一起使用时，从internal compiler stack中pop出所有的record直到identifier被pop出，如果identifier没有被找到，则忽略pop操作。
n:
- #pragma pack(n):指定n个字节对齐，合法数值为2的非负整数次幂： 1、2、4、8、16，缺省时为8。
- #pragma pack(push,n):当同push一起使用时，将当前的字节对齐方式入栈，同时设置当前的字节对齐数值为n。
- #pragma pack(pop,n):当同pop一起使用时，将栈顶的字节对齐方式出栈，同时设置当前的字节对齐数值为n。

使用用例

设置字节对齐方式为2字节对齐：

#pragma pack(2)
struct C {char b;  //自身对齐值为1，有效对齐值为min(1,2)int a;   //自身对齐值为4，有效对齐值为min(4,2)short c;  //自身对齐值为2，有效对齐值为min(2,2)
};
#pragma pack()//恢复默认字节对齐方式