嵌入式开发过程中结构体字节对齐问题pragma pack(1)

一、引言

曾经刚入门嵌入式在开发一个应用时，用到了自定义结构体，底层嵌入式单片机运行该结构体没问题，但是在Qt开发应用软件对接协议时，一直通不过，仔细分析才发现是QT这边的结构体字节并没有按照单字节对齐，后来在定义结构体时，增加了宏定义，强迫该结构体按照单字节对齐的方式进行编译，即可解决问题。

二、问题描述

假设有一个结构体，包含5字节头，一个字长度的负载，和一个字节的尾，例如：

typedef struct
{char head[5];unsigned short value;char endFlag;
}CMD_TypeDef;CMD_TypeDef TCMD;

很明显，这个结构体的字节大小为5+2+1=8字节，但是用sizeof对各个域进行测试，发现总共的字节数并不是8，测试代码如下：

qDebug()<<"size"<<QString::number(sizeof(TCMD.head));
qDebug()<<"size"<<QString::number(sizeof(TCMD.value));
qDebug()<<"size"<<QString::number(sizeof(TCMD.endFlag));
qDebug()<<"size"<<QString::number(sizeof(TCMD));

打印结果为：

size "5"
size "2"
size "1"
size "10"

进一步地，对这个结构体进行赋值，用并串口发出去该结构体的具体数据：

TCMD={{'A','T','+','D','='},10,0x0A};
port->write(( char*) &TCMD,sizeof(TCMD));

串口收到的数据为：41 54 2B 44 3D 1A 0A 00 0A 00

明显看到数据多了1A 和 00.

三、问题分析

从上面的串口收到结果来看，TCMD第一个成员head 变成了6字节【41 54 2B 44 3D 1A】，TCMD的成员endflag变成了2字节【0A 00】,结构体TCMD成员占用的内存分别是 6+2+2=10字节。

QT中定义的结构体在对成员进行内存分配时，往往按照“N”字节对齐的方式，即所有内容按照N字节的方式进行占用内存，如果剩余的内容占不满N字节，则N字节剩下的字节仍然给该结构成员，新的成员重新从下一个N字节进行对齐。

以上面的例子来说，显然N=2，即机构体按照2字节进行对齐，TCMD的头部head占5字节，需要占用3个N=6字节，负载value等于2字节，刚好占用一个N，而尾部endflag占用1字节，不足N，仍然需要占用一个N。

四、解决方法

既然QT编译系统对结构体按照N字节对齐，那么能否根据需要指定对齐的N数呢，其实C语言提供了这种操作，采用宏定义：

#pragram pack(N)
......//结构体定义内容
#pragram pack()

即可指定该定义的结构体内存对齐方式。

具体地，上述问题可以这样解决：

#pragram pack(1)
typedef struct
{char head[5];unsigned short value;char endFlag;
}CMD_TypeDef;
#pragram pack()CMD_TypeDef TCMD;

结构体定义的时候加上：#pragma pack(1)

定义结束部分结尾 #pragma pack()即可。