首先思考一个问题：int,short,char的struct，这几个数应该怎么放，内存最小

strct ts

{

int a;

short b;

char c;

};

这样放最小，为8，这样放置，只会在内存中的最后浪费一个字节

short ,int ,char 这样顺序也是为8

转自：http://blog.21ic.com/user1/6199/archives/2009/65542.html

1、 sizeof应用在结构上的情况

请看下面的结构：

struct MyStruct

{

double dda1;

char dda;

int type

};

对结构MyStruct采用sizeof会出现什么结果呢？sizeof(MyStruct)为多少呢？也许你会这样求：

sizeof(MyStruct)=sizeof(double) sizeof(char) sizeof(int)=13

但是当在VC中测试上面结构的大小时，你会发现sizeof(MyStruct)为16。你知道为什么在VC中会得出这样一个结果吗？

其 实，这是VC对变量存储的一个特殊处理。为了提高CPU的存储速度，VC对一些变量的起始地址做了”对齐”处理。在默认情况下，VC规定各成员变量存放的 起始地址相对于结构的起始地址的偏移量必须为该变量的类型所占用的字节数的倍数。然后，总长度必须是成员类型中的最大长度的倍数.下面列出常用类型的对齐方式(vc6.0,32位系统)。

上面阐述的不严密，每个特定平台的编译器都有一个默认的对齐系数，gcc中是4，VC中是8，

#pragma pack(n)来设定变量以n字节对齐方式。n字节对齐就是说变量存放的起始地址的偏移量有两种情况：第一、如果n大于等于该变量所占用的字节数，那么偏 移量必须满足是该变量的整数倍的对齐方式，第二、如果n小于该变量的类型所占用的字节数，那么偏移量为n的倍数，不用满足默认的对齐方式。结构的总大小也有个约束条 件，分下面两种情况：如果n大于所有成员变量类型所占用的字节数，那么结构的总大小必须为占用空间最大的变量占用的空间数的倍数；否则必须为n的倍数。

在gcc中（不过，还得看环境，我用的是64位的linux，结果也是24）

struct siz {

char v1;//长度1<4，按1对齐，0%1=0，起始相对位置=0；存放区间[0］

long long v2;//长度8>4，按4对齐，4%4=0，起始相对位置=4；存放区间[4,11］

short v3;//长度2<4，按2对齐，12%2=0，起始相对位置=12；存放区间[12,13］

int v4;//长度4=4，按4对齐，16%4=0，起始相对位置=16；存放区间[16,19］

};

整个结构体成员对齐后所占的区间为[0,19],占20个字节，接着结构体本身对齐，成员中最长的是8，n等于4，所以结构体本身按4对齐（即对齐系数）。20%4=0,所以占20个字节

在vc中，占24字节

类型

对齐方式（变量存放的起始地址相对于结构的起始地址的偏移量）

Char

偏移量必须为sizeof(char)即1的倍数

int

偏移量必须为sizeof(int)即4的倍数

float

偏移量必须为sizeof(float)即4的倍数

double

偏移量必须为sizeof(double)即8的倍数

Short

偏移量必须为sizeof(short)即2的倍数

各 成员变量在存放的时候根据在结构中出现的顺序依次申请空间，同时按照上面的对齐方式调整位置，空缺的字节VC会自动填充。同时VC为了确保结构的大小为结 构的字节边界数（即该结构中占用最大空间的类型所占用的字节数）的倍数，所以在为最后一个成员变量申请空间后，还会根据需要自动填充空缺的字节。

下面用前面的例子来说明VC到底怎么样来存放结构的。

struct MyStruct

{

double dda1;

char dda;

int type

}；

为 上面的结构分配空间的时候，VC根据成员变量出现的顺序和对齐方式，先为第一个成员dda1分配空间，其起始地址跟结构的起始地址相同（刚好偏移量0刚好 为sizeof(double)的倍数），该成员变量占用sizeof(double)=8个字节；接下来为第二个成员dda分配空间，这时下一个可以分 配的地址对于结构的起始地址的偏移量为8，是sizeof(char)的倍数，所以把dda存放在偏移量为8的地方满足对齐方式，该成员变量占用 sizeof(char)=1个字节；接下来为第三个成员type分配空间，这时下一个可以分配的地址对于结构的起始地址的偏移量为9，不是sizeof (int)=4的倍数，为了满足对齐方式对偏移量的约束问题，VC自动填充3个字节（这三个字节没有放什么东西），这时下一个可以分配的地址对于结构的起 始地址的偏移量为12，刚好是sizeof(int)=4的倍数，所以把type存放在偏移量为12的地方，该成员变量占用sizeof(int)=4个 字节；这时整个结构的成员变量已经都分配了空间，总的占用的空间大小为：8 1 3 4=16，刚好为结构的字节边界数（即结构中占用最大空间的类型所占用的字节数sizeof(double)=8）的倍数，所以没有空缺的字节需要填充。 所以整个结构的大小为：sizeof(MyStruct)=8 1 3 4=16，其中有3个字节是VC自动填充的，没有放任何有意义的东西。

字串3

下面再举个例子，交换一下上面的MyStruct的成员变量的位置，使它变成下面的情况：

struct MyStruct

{

char dda;

double dda1;

int type

}；

这个结构占用的空间为多大呢？在VC6.0环境下，可以得到sizeof(MyStruc)为24。结合上面提到的分配空间的一些原则，分析下VC怎么样为上面的结构分配空间的。（简单说明）

struct MyStruct

{

char dda;//偏移量为0，满足对齐方式，dda占用1个字节；

double dda1;//下一个可用的地址的偏移量为1，不是sizeof(double)=8

//的倍数，需要补足7个字节才能使偏移量变为8（满足对齐

//方式），因此VC自动填充7个字节，dda1存放在偏移量为8

//的地址上，它占用8个字节。

int type；//下一个可用的地址的偏移量为16，是sizeof(int)=4的倍

//数，满足int的对齐方式，所以不需要VC自动填充，type存

//放在偏移量为16的地址上，它占用4个字节。

}；//所有成员变量都分配了空间，空间总的大小为1 7 8 4=20，不是结构

//的节边界数（即结构中占用最大空间的类型所占用的字节数sizeof 字串2

//(double)=8）的倍数，所以需要填充4个字节，以满足结构的大小为

//sizeof(double)=8的倍数。

所以该结构总的大小为：sizeof(MyStruc)为1 7 8 4 4=24。其中总的有7 4=11个字节是VC自动填充的，没有放任何有意义的东西。

VC对结构的存储的特殊处理确实提高CPU存储变量的速度，但是有时候也带来了一些麻烦，我们也屏蔽掉变量默认的对齐方式，自己可以设定变量的对齐方式。

VC 中提供了#pragma pack(n)来设定变量以n字节对齐方式。n字节对齐就是说变量存放的起始地址的偏移量有两种情况：第一、如果n大于等于该变量所占用的字节数，那么偏 移量必须满足默认的对齐方式，第二、如果n小于该变量的类型所占用的字节数，那么偏移量为n的倍数，不用满足默认的对齐方式。结构的总大小也有个约束条 件，分下面两种情况：如果n大于所有成员变量类型所占用的字节数，那么结构的总大小必须为占用空间最大的变量占用的空间数的倍数；

否则必须为n的倍数。下面举例说明其用法。

#pragma pack(push) //保存对齐状态

#pragma pack(4)//设定为4字节对齐

struct test

{

char m1;

double m4;

字串3

int m3;

};

#pragma pack(pop)//恢复对齐状态

以 上结构的大小为16，下面分析其存储情况，首先为m1分配空间，其偏移量为0，满足我们自己设定的对齐方式（4字节对齐），m1占用1个字节。接着开始为 m4分配空间，这时其偏移量为1，需要补足3个字节，这样使偏移量满足为n=4的倍数（因为sizeof(double)大于n）,m4占用8个字节。接 着为m3分配空间，这时其偏移量为12，满足为4的倍数，m3占用4个字节。这时已经为所有成员变量分配了空间，共分配了16个字节，满足为n的倍数。如 果把上面的#pragma pack(4)改为#pragma pack(16)，那么我们可以得到结构的大小为24。

——————————————————————————————————————————————

缺省的对齐方式。

在结构中，编译器为结构的每个成员按其自然对界（alignment）条件分配空间；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。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。

例如，下面的结构各成员空间分配情况。

struct test {
char x1;
short x2;
float x3;
char x4;
};
　　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恰好落在其自然对界地址上，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对界单元，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。

字节对齐的细节和编译器实现相关，但一般而言，满足三个准则：
1) 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；
2) 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量（offset）都是成员大小的整数倍，如有需要编译器会在成员之间加上填充字节（internal adding）；
3) 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节（trailing padding）。

注意的是：

基本类型是指前面提到的像char、short、int、float、double这样的内置数据类型，这里所说的”数据宽度”就是指其sizeof的大小。由于结构体的成员可以是复合类型，比如另外一个结构体，所以在寻找最宽基本类型成员时，应当包括复合类型成员的子成员，而不是把复合成员看成是一个整体。但在确定复合类型成员的偏移位置时则是将复合类型作为整体看待。

更改C编译器的缺省分配策略
　　一般地，可以通过下面的方法改变缺省的对界条件：
　　? 使用伪指令#pragma pack ([n])
　　#pragma pack ([n])伪指令允许你选择编译器为数据分配空间所采取的对界策略。
例如，在使用了#pragma pack (1)伪指令后，test结构各成员的空间分配情况就是按照一个字节对齐了，格式如下：
#pragma pack(push) //保存对齐状态
#pragma pack(1)
//定义你的结构
//…………
#pragma pack(pop)

class的方法与struct一样

但是还有更复杂的情况：http://hi.baidu.com/phps/blog/item/f03eb93ee12f49fa838b1365.html

当在C中定义了一个结构类型时，它的大小是否等于各字段(field)大小之和？编译器将如何在内存中放置这些字段？ANSI C对结构体的内存布局有什么要求？而我们的程序又能否依赖这种布局？这些问题或许对不少朋友来说还有点模糊，那么本文就试着探究它们背后的秘密。

首先，至少有一点可以肯定，那就是ANSI C保证结构体中各字段在内存中出现的位置是随它们的声明顺序依次递增的，并且第一个字段的首地址等于整个结构体实例的首地址。比如有这样一个结构体：
  
  struct vector{int x,y,z;} s;
  int *p,*q,*r;
  struct vector *ps;
  
  p = &s.x;
  q = &s.y;
  r = &s.z;
  ps = &s;

assert(p < q);
  assert(p < r);
  assert(q < r);
  assert((int*)ps == p);
  // 上述断言一定不会失败

这时，有朋友可能会问:"标准是否规定相邻字段在内存中也相邻?"。 唔，对不起，ANSI C没有做出保证，你的程序在任何时候都不应该依赖这个假设。那这是否意味着我们永远无法勾勒出一幅更清晰更精确的结构体内存布局图？哦，当然不是。不过先让我们从这个问题中暂时抽身，关注一下另一个重要问题————内存对齐。

许多实际的计算机系统对基本类型数据在内存中存放的位置有限制，它们会要求这些数据的首地址的值是某个数k(通常它为4或8)的倍数，这就是所谓的内存对齐，而这个k则被称为该数据类型的对齐模数(alignment modulus)。当一种类型S的对齐模数与另一种类型T的对齐模数的比值是大于1的整数，我们就称类型S的对齐要求比T强(严格)，而称T比S弱(宽松)。这种强制的要求一来简化了处理器与内存之间传输系统的设计，二来可以提升读取数据的速度。比如这么一种处理器，它每次读写内存的时候都从某个8倍数的地址开始，一次读出或写入8个字节的数据，假如软件能保证double类型的数据都从8倍数地址开始，那么读或写一个double类型数据就只需要一次内存操作。否则，我们就可能需要两次内存操作才能完成这个动作，因为数据或许恰好横跨在两个符合对齐要求的8字节内存块上。某些处理器在数据不满足对齐要求的情况下可能会出错，但是Intel的IA32架构的处理器则不管数据是否对齐都能正确工作。不过Intel奉劝大家，如果想提升性能，那么所有的程序数据都应该尽可能地对齐。Win32平台下的微软C编译器(cl.exe for 80x86)在默认情况下采用如下的对齐规则: 任何基本数据类型T的对齐模数就是T的大小，即sizeof(T)。比如对于double类型(8字节)，就要求该类型数据的地址总是8的倍数，而char类型数据(1字节)则可以从任何一个地址开始。Linux下的GCC奉行的是另外一套规则(在资料中查得，并未验证，如错误请指正):任何2字节大小(包括单字节吗?)的数据类型(比如short)的对齐模数是2，而其它所有超过2字节的数据类型(比如long,double)都以4为对齐模数。

现在回到我们关心的struct上来。ANSI C规定一种结构类型的大小是它所有字段的大小以及字段之间或字段尾部的填充区大小之和。嗯？填充区？对，这就是为了使结构体字段满足内存对齐要求而额外分配给结构体的空间。那么结构体本身有什么对齐要求吗？有的，ANSI C标准规定结构体类型的对齐要求不能比它所有字段中要求最严格的那个宽松，可以更严格(但此非强制要求，VC7.1就仅仅是让它们一样严格)。我们来看一个例子(以下所有试验的环境是Intel Celeron 2.4G + WIN2000 PRO + vc7.1，内存对齐编译选项是"默认"，即不指定/Zp与/pack选项):

typedef struct ms1
  {
     char a;
     int b;
  } MS1;

假设MS1按如下方式内存布局(本文所有示意图中的内存地址从左至右递增):
       _____________________________
       |       |                   |
       |   a   |        b          |
       |       |                   |
       +---------------------------+
 Bytes:    1             4

因为MS1中有最强对齐要求的是b字段(int)，所以根据编译器的对齐规则以及ANSI C标准，MS1对象的首地址一定是4(int类型的对齐模数)的倍数。那么上述内存布局中的b字段能满足int类型的对齐要求吗？嗯，当然不能。如果你是编译器，你会如何巧妙安排来满足CPU的癖好呢？呵呵，经过1毫秒的艰苦思考，你一定得出了如下的方案：

_______________________________________
       |       |\\\\\\\\\\\|                 |
       |   a   |\\padding\\|       b         |
       |       |\\\\\\\\\\\|                 |
       +-------------------------------------+
 Bytes:    1         3             4

这个方案在a与b之间多分配了3个填充(padding)字节，这样当整个struct对象首地址满足4字节的对齐要求时，b字段也一定能满足int型的4字节对齐规定。那么sizeof(MS1)显然就应该是8，而b字段相对于结构体首地址的偏移就是4。非常好理解，对吗？现在我们把MS1中的字段交换一下顺序:

typedef struct ms2
  {
     int a;
     char b;
  } MS2;

或许你认为MS2比MS1的情况要简单，它的布局应该就是

_______________________
       |             |       |
       |     a       |   b   |
       |             |       |
       +---------------------+
 Bytes:      4           1

因为MS2对象同样要满足4字节对齐规定，而此时a的地址与结构体的首地址相等，所以它一定也是4字节对齐。嗯，分析得有道理，可是却不全面。让我们来考虑一下定义一个MS2类型的数组会出现什么问题。C标准保证，任何类型(包括自定义结构类型)的数组所占空间的大小一定等于一个单独的该类型数据的大小乘以数组元素的个数。换句话说，数组各元素之间不会有空隙。按照上面的方案，一个MS2数组array的布局就是:

|<-    array[1]     ->|<-    array[2]     ->|<- array[3] .....

__________________________________________________________
|             |       |              |      |
|     a       |   b   |      a       |   b  |.............
|             |       |              |      |
+----------------------------------------------------------
Bytes:  4         1          4           1

___________________________________
       |             |       |\\\\\\\\\\\|
       |     a       |   b   |\\padding\\|
       |             |       |\\\\\\\\\\\|
       +---------------------------------+
 Bytes:      4           1         3

现在无论是定义一个单独的MS2变量还是MS2数组，均能保证所有元素的所有字段都满足对齐规定。那么sizeof(MS2)仍然是8，而a的偏移为0，b的偏移是4。

好的，现在你已经掌握了结构体内存布局的基本准则，尝试分析一个稍微复杂点的类型吧。

typedef struct ms3
  {
     char a;
     short b;
     double c;
  } MS3;

我想你一定能得出如下正确的布局图:
         
        padding  
           |
      _____v_________________________________
      |   |\|     |\\\\\\\\\|               |
      | a |\|  b  |\padding\|       c       |
      |   |\|     |\\\\\\\\\|               |
      +-------------------------------------+
Bytes:  1  1   2       4            8
           
    sizeof(short)等于2，b字段应从偶数地址开始，所以a的后面填充一个字节，而sizeof(double)等于8，c字段要从8倍数地址开始，前面的a、b字段加上填充字节已经有4 bytes，所以b后面再填充4个字节就可以保证c字段的对齐要求了。sizeof(MS3)等于16，b的偏移是2，c的偏移是8。接着看看结构体中字段还是结构类型的情况:

typedef struct ms4
  {
     char a;
     MS3 b;
  } MS4;

MS3中内存要求最严格的字段是c，那么MS3类型数据的对齐模数就与double的一致(为8)，a字段后面应填充7个字节，因此MS4的布局应该是:
       _______________________________________
       |       |\\\\\\\\\\\|                 |
       |   a   |\\padding\\|       b         |
       |       |\\\\\\\\\\\|                 |
       +-------------------------------------+
 Bytes:    1         7             16

显然，sizeof(MS4)等于24，b的偏移等于8。

关于union:http://bliuqing.iteye.com/blog/387047

union u
{double a;int b;
}; union u2
{char a[13];int b;
}; union u3
{char a[13];char b;
}; cout<<sizeof(u)<<endl; // 8
cout<<sizeof(u2)<<endl; // 16
cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13

都知道union的大小取决于它所有的成员中，占用空间最大的一个成员的大小。所以对于u来说，大小就是最大的double类型成员a了，所以sizeof(u)=sizeof(double)=8。但是对于u2和u3，最大的空间都是char[13]类型的数组，为什么u3的大小是13，而u2是16呢？关键在于u2中的成员int b。由于int类型成员的存在，使u2的对齐方式变成4，也就是说，u2的大小必须在4的对界上，所以占用的空间变成了16（最接近13的对界）。

　　结论：复合数据类型，如union，struct，class的对齐方式为成员中对齐方式最大的成员的对齐方式。

　　顺便提一下CPU对界问题，32的C++采用8位对界来提高运行速度，所以编译器会尽量把数据放在它的对界上以提高内存命中率。对界是可以更改的，使用#pragma pack(x)宏可以改变编译器的对界方式，默认是8。C++固有类型的对界取编译器对界方式与自身大小中较小的一个。例如，指定编译器按2对界，int类型的大小是4，则int的对界为2和4中较小的2。在默认的对界方式下，因为几乎所有的数据类型都不大于默认的对界方式8（除了long double），所以所有的固有类型的对界方式可以认为就是类型自身的大小。更改一下上面的程序：

#pragma pack(2)
union u2
{char a[13];int b;
}; union u3
{char a[13];char b;
};
#pragma pack(8) cout<<sizeof(u2)<<endl; // 14
cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13

由于手动更改对界方式为2，所以int的对界也变成了2，u2的对界取成员中最大的对界，也是2了，所以此时sizeof(u2)=14。

　　结论：C++固有类型的对界取编译器对界方式与自身大小中较小的一个。

　　9、struct的sizeof问题

　　因为对齐问题使结构体的sizeof变得比较复杂，看下面的例子：(默认对齐方式下)

struct s1
{char a;double b;int c;char d;
}; struct s2
{char a;char b;int c;double d;
}; cout<<sizeof(s1)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 16

同样是两个char类型，一个int类型，一个double类型，但是因为对界问题，导致他们的大小不同。计算结构体大小可以采用元素摆放法，我举例子说明一下：首先，CPU判断结构体的对界，根据上一节的结论，s1和s2的对界都取最大的元素类型，也就是double类型的对界8。然后开始摆放每个元素。

　　对于s1，首先把a放到8的对界，假定是0，此时下一个空闲的地址是1，但是下一个元素d是double类型，要放到8的对界上，离1最接近的地址是8了，所以d被放在了8，此时下一个空闲地址变成了16，下一个元素c的对界是4，16可以满足，所以c放在了16，此时下一个空闲地址变成了20，下一个元素d需要对界1，也正好落在对界上，所以d放在了20，结构体在地址21处结束。由于s1的大小需要是8的倍数，所以21-23的空间被保留，s1的大小变成了24。

　　对于s2，首先把a放到8的对界，假定是0，此时下一个空闲地址是1，下一个元素的对界也是1，所以b摆放在1，下一个空闲地址变成了2；下一个元素c的对界是4，所以取离2最近的地址4摆放c，下一个空闲地址变成了8，下一个元素d的对界是8，所以d摆放在8，所有元素摆放完毕，结构体在15处结束，占用总空间为16，正好是8的倍数。

　　这里有个陷阱，对于结构体中的结构体成员，不要认为它的对齐方式就是他的大小，看下面的例子：

struct s1
{char a[8];
}; struct s2
{double d;
}; struct s3
{s1 s;char a;
}; struct s4
{s2 s;char a;
}; cout<<sizeof(s1)<<endl; // 8
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 8
cout<<sizeof(s3)<<endl; // 9
cout<<sizeof(s4)<<endl; // 16;

s1和s2大小虽然都是8，但是s1的对齐方式是1，s2是8（double），所以在s3和s4中才有这样的差异。

　　所以，在自己定义结构体的时候，如果空间紧张的话，最好考虑对齐因素来排列结构体里的元素。

struct {int n;char s[10];union {int a[5];char b;double c;      } u_a;
} b;
/*  printf("%d\n", sizeof(b.n));//4printf("%d\n", sizeof(b.s));//10printf("%d\n", sizeof(b.u_a));//24printf("%d\n", sizeof(b));//40*/

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