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C/C++结构体使用与自定义字节对齐

C/C++结构体使用与自定义字节对齐

作者: Aliven888 | 来源:发表于2020-09-19 00:37 被阅读0次

    文档声明:
    以下资料均属于本人在学习过程中产出的学习笔记,如果错误或者遗漏之处,请多多指正。并且该文档在后期会随着学习的深入不断补充完善。


    资料仅供学习交流使用。
    作者:Aliven888

    1、简述

      结构体(struct)是一种集合,它里面包含了多个变量或数组,它们的类型可以相同,也可以不同,每个这样的变量或数组都称为结构体的成员(Member)。

    2、定义格式

    常用格式:

    struct MyStructName
    {
        参数类型  参数;   //例如:int a;
        ...    //参数可有多个,而且类型不同
    };
    

    **直接定义一个结构体变量(全局可以用):

    struct MyStructName
    {
        参数类型  参数;   //例如:int a;
        ...    //参数可有多个,而且类型不同
    }stu;  //该结构体变量 stu 可以直接使用
    

    **定义唯一结构体变量(全局可以用):

    struct MyStructName
    {
        参数类型  参数;   //例如:int a;
        ...    //参数可有多个,而且类型不同
    }stu;  //该结构体变量 stu 是唯一的
    

    为结构体定义一个别名:

    typedef struct MyStructName
    {
        参数类型  参数;   //例如:int a;
        ...    //参数可有多个,而且类型不同
    }stu_MyStuName;  //可以使用stu_MyStuName定义结构体变量
    
    eg : stu_MyStuName st;  //使用别名定义结构体对象 st
    

    3、结构体的使用

    首先我们定义一个结构体:

    struct MyStruct  //因为是举例,定义的比较简单
    {
        int a;
    };
    

    定义结构体对象与访问参数:

    //C 语言中的定义方式
    struct MyStruct obj;  //或者指针形式:struct MyStruct *obj; 
    
    //C++中支持的定义方式
    MyStruct obj;  //或者指针形式:MyStruct *obj; 
    
    //参数访问           指针形式访问
    obj.a = 0x01;   // obj->a = 0x01;
    

    4、结构体内存计算

    struct MyStruct
    {
        byte bValue;
        WORD wValue;
        int iValue;
        double dbValue;
    
        MyStruct()
        {
            bValue = 0x00;
            wValue = 0x00;
            iValue = 0x00;
            dbValue = 0.0;
        }
    }stu;
    
    void test()
    {
        cout << "stu len = " << sizeof(stu) << endl;
    }
    
    运行结果

      我们运行上面的代码发现,结构体的长度并不是我们想象的 1 + 2 + 4 + 8 = 15,而是 16,其实这就是由于字节对齐导致的。

    计算机实际在计算该结构体长度的流程是:

    1、首先计算 byte bValue 占 一个 字节。 //len = 1
    2、计算 WORD wValue 时,发现 len 和 2 不是整数倍关系,所以对 a 进行了补齐,此时 a 占用两个字节。 //len = 2 + 2 = 4
    3、计算 int iValue 时,len 刚好和 4 是整数倍关系 // len = 4 + 4 = 8
    4、计算 double dbValue 时,len 刚好和 8 是整数倍关系 // len = 8 + 8 = 16。

    5、自定义字节对齐

      通过第四小节我们发现,计算机系统会对结构进行自动字节对齐,到时我们得到的结构体长度并不会是我们期望中的长度。那么有什么方法可以满足我们得到期望中的长度呢? 其实很简单,我们可以通过自定义字节对齐的方式,让最终得到的结构体长度等于我们的期望值。

    这里我们可以通过使用的下面的方法来实现:

    #pragma pack(push):
     英文单词push是“压入”的意思。编译器编译到此处时将保存对齐状态(保存的是push指令之前的对齐状态)。

    #pragma pack(n):
     这样就可以知道,当我们想要一个结构体按照4字节对齐时,可以使用#pragma pack(4) ,如果又想使用默认对齐方式时,可以使用#pragma pack() 。

    #pragma pack(pop):
     英文单词pop是”弹出“的意思。编译器编译到此处时将恢复push指令前保存的对齐状态(请在使用该预处理命令之前使用#pragma pack(push))。

    注意事项:
     push和pop是一对应该同时出现的名词,只有pop没有push不起作用,只有push没有pop可以保持之前对齐状态(但是这样就没有使用push的必要了)。

    使用格式:

    #pragma pack(push)
    #pragma pack(4)
        
    struct MyStruct
    {
        ....
    };
    
    #pragma pack(pop)
    

     这样在push和pop之间的结构体就可以按照pack指定的字节(这里是4字节对齐方式),而pop之后的结构体按照#pragma pack(push) 前对齐方式。

    #pragma pack(push)  
    #pragma   pack(1) 
    struct MyStruct
    {
        byte bValue;
        WORD wValue;
        int iValue;
        double dbValue;
    
        MyStruct()
        {
            bValue = 0x00;
            wValue = 0x00;
            iValue = 0x00;
            dbValue = 0.0;
        }
    }stu;
    #pragma   pack(pop)
    void test()
    {
        cout << "stu len = " << sizeof(stu) << endl;
    }
    

    此时,我们在运行上面的代码发现,结构体的长度就是 1 + 2 + 4 + 8 = 15了。


    运行结果

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