程序设计中的字节填充

domustdo 2004-04-22 09:02:03

拙作一篇，请多指教！
win32中(使用编译器gcc3.2、bcc5.64、vc7.1)：

struct st1 {
bool b;
};
sizeof(st1);应该是多少？ 1

struct st2 {
bool b;
int i;
};
sizeof(st2);应该是多少？是5？ 8

struct st3 {
bool b;
short s;
};
sizeof(st3)是多少？是3？ 4

struct st4 {
bool b1;
short s;
int i;
int t;
};
sizeof(st)应该是多少呢？ 11？ 12

现在32位计算机上，聚集型的结构体大小会受到alignment的限制，为使其能有效的在内存中存取，通常编译器通常会安插一些byte填充，使得alignment调整到4的整数倍(win32中)，以使bus运输量达到最高效率。

st4中b1和s可以安排到一个4bytes中，所以st4为12，既要满足上面的alignment的调整原则，也要保证尽可能小，同时要保证顺序性，即：
struct st5 {
bool b1;
int i;
short s;
int t;
};
此时由于i分开了b1和s，这时候两个要分别填充，所以sizeof(st5)为16

但是有一个地方，就是涉及到double的总是会多添加4个byte。
struct st6 {
int i;
double d;
};
sizeof(st6)不是12，而是16，这个地方就有点想不通了。12不已经是4的倍数了么，干吗还要加4bytes？

再来看看：
struct st7 {
int i;
double d;
bool b;
};
sizeof(st7)为24

struct st8 {
int i;
bool b;
double d;
};
sizeof(st8)为16

struct st9 {
short i;
int m;
short d;
struct {
short p;
double e;
bool b;
};
};
sizeof(st9)为40

那么到底编译器是按照什么方式来决定填充字节数的呢？
我想可能是这样的：编译器以struct中(包括其嵌套类型中的)最大的类型的长度为alignment标准（假设称为填充单位），对struct中的变量进行字节填充，从前往后如果相邻变量能够安排在一个填充单位中，就尽量安排在一个填充单位中，但如果有超出的部分，哪怕是一个byte，都会按照填充单元进行填充。比如上面的st8如果在bool b;后面添加一个int，则这个int就会被填充。当然这些都是编译器--机器相关的。通过打印struct中各个元素的偏移量就可以看出来，利用stddef.h中定义的offsetof(struct_type, member)来打印偏移量。

对于类也有类似的情况，至于其他比较复杂的情况，大家不妨试试看。如果您有什么高见，欢迎提出讨论，谢谢！

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