c语⾔共⽤体字节对齐,C语⾔结构体的字节对齐原则
为什么要对齐?
现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特 定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照⼀定的规则在空间上排列，⽽不是顺序的⼀个接⼀个的排放，这就是对齐。
对齐的作⽤和原因：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。⽐如有些架构的CPU在访问 ⼀个没有进⾏对齐的变量的时候会发⽣错误，那么在这种架构下编程必须保证字节对齐.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这32bit，⽽如果存放在奇地址开始的地⽅，就需要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32bit数 据。显然在读取效率上下降很多。
⼆.字节对齐对程序的影响:
先让我们看⼏个例⼦吧(32bit,x86环境,gcc编译器):
设结构体如下定义：
struct A
{
int a;
char b;
short c;
};
struct B
{
char b;
int a;
short c;
};
现在已知32位机器上各种数据类型的长度如下:
char:1(有符号⽆符号同)
short:2(有符号⽆符号同)
int:4(有符号⽆符号同)
long:4(有符号⽆符号同)
float:4    double:8
那么上⾯两个结构⼤⼩如何呢?
结果是:
sizeof(strcut A)值为8
sizeof(struct B)的值却是12
结构体A中包含了4字节长度的int⼀个，1字节长度的char⼀个和2字节长度的short型数据⼀个,B也⼀样；按理说A,B⼤⼩应该都是7字节。
之所以出现上⾯的结果是因为编译器要对数据成员在空间上进⾏对齐。上⾯是按照编译器的默认设置进⾏对齐的结果，那么我们是不是可以改变编译器的这种默认对齐设置呢，当然可以.例如:
#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/
struct C
{
char b;
int a;
short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/
sizeof(struct C)值是8。
修改对齐值为1：
#pragma pack (1) /*指定按1字节对齐*/
struct D
{
char b;
int a;
short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/
sizeof(struct D)值为7。
后⾯我们再讲解#pragma pack()的作⽤.
三.编译器是按照什么样的原则进⾏对齐的?
先让我们看四个重要的基本概念：
1.数据类型⾃⾝的对齐值：
对于char型数据，其⾃⾝对齐值为1，对于short型为2，对于int,float,double类型，其⾃⾝对齐值为4，单位字节。
2.结构体或者类的⾃⾝对齐值：其成员中⾃⾝对齐值最⼤的那个值。
3.指定对齐值：#pragma pack (value)时的指定对齐值value。
4.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。
有 了这些值，我们就可以很⽅便的来讨论具体数据结构的成员和其⾃⾝的对齐⽅式。有效对齐值N是最终⽤来决定数据存放地址⽅式的值，最重要。有效对齐N，就是 表⽰“对齐在N上”，也就是说该数据
的"存放起始地址%N=0".⽽数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序来排放的。第⼀个数据变量的起始地址就是数 据结构的起始地址。结构体的成员变量要对齐排放，结构体本⾝也要根据⾃⾝的有效对齐值圆整(就是结构体成员变量占⽤总长度需要是对结构体有效对齐值的整数 倍，结合下⾯例⼦理解)。这样就不能理解上⾯的⼏个例⼦的值了。
例⼦分析：
分析例⼦B；
{
char b;
int a;
short c;
};
假 设B从地址空间0x0000开始排放。该例⼦中没有定义指定对齐值，在笔者环境下，该值默认为4。
第⼀个成员变量b的⾃⾝对齐值是1，⽐指定或者默认指定 对齐值4⼩，所以其有效对齐值为1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.第⼆个成员变量a，其⾃⾝对齐值为4，所以有效对齐值也为4， 所以只能存放在起始地址为0x0004到0x0007这四个连续的字节空间中，复核0x0004%4=0，且紧靠第⼀个变量。第三个变量c,⾃⾝对齐值为 2，所以有效对齐值也是2，可以存放在0x0008到0x0009这两个字节空间中，符合
0x0008%2=0。所以从0x0000到0x0009存放的 都是B内容。再看数据结构B的⾃⾝对齐值为其变量中最⼤对齐值(这⾥是b)所以就是4，所以结构体的有效对齐值也是4。根据结构体圆整的要求， 0x0009到0x0000=10字节，(10＋2)％4＝0。所以0x0000A到
0x000B也为结构体B所占⽤。故B从0x0000到0x000B 共有12个字节,sizeof(struct B)=12；其实如果就这⼀个就来说它已将满⾜字节对齐了, 因为它的起始地址是0，因此肯定是对齐的，之所以在后⾯补充2个字节，是因为编译器为了实现结构数组的存取效率，试想如果我们定义了⼀个结构B的数组，那 么第⼀个结构起始地址是0没有问题，但是第⼆个结构呢?按照数组的定义，数组中所有元素都是紧挨着的，如果我们不把结构的⼤⼩补充为4的整数倍，那么下⼀ 个结构的起始地址将是0x0000A，这显然不能满⾜结构的地址对齐了，因此我们要把结构补充成有效对齐⼤⼩的整数倍.其实诸如：对于char型数据，其 ⾃⾝对齐值为1，对于short型为2，对于int,float,double类型，其⾃⾝对齐值为4，这些已有类型的⾃⾝对齐值也是基于数组考虑的，只 是因为这些类型的长度已知了，所以他们的⾃⾝对齐值也就
已知了.
同理，分析上⾯例⼦C：
#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/
struct C
{
char b;
int a;
short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/
第 ⼀个变量b的⾃⾝对齐值为1，指定对齐值为2，所以，其有效对齐值为1，假设C从0x0000开始，那么b存放在0x0000，符合
0x0000%1= 0；第⼆个变量，⾃⾝对齐值为4，指定对齐值为2，所以有效对齐值为2，所以顺序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四个连续 字节中，符合0x0002%2=0。第三个变量c的⾃⾝对齐值为2，所以有效对齐值为2，顺序存放
在0x0006、0x0007中，符合 0x0006%2=0。所以从0x0000到0x00007共⼋字节存放的是C的变量。⼜C的⾃⾝对齐值为4，所以C 的有效对齐值为2。⼜8%2=0,C 只占⽤0x0000到0x0007的⼋个字节。所以sizeof(struct C)=8.
四.如何修改编译器的默认对齐值?
1.在VC IDE中，可以这样修改：[Project]|[Settings],c/c++选项卡Category的Code Generation选项的Struct Member Alignment中修改，默认是8字节。
2.在编码时，可以这样动态修改：#pragma pack .注意：是pragma⽽不是progma.
五.针对字节对齐，我们在编程中如何考虑?
如果在编程的时候要考虑节约空间的话，那么我们只需要假定结构的⾸地址是0，然后各个变量按照上⾯的原则进⾏排列即可，基本的原则就是把结构中的变量按照 类型⼤⼩从⼩到⼤声明，尽量减少中间的填补空间.还有⼀种就是为了以空间换取时间的效率，我们显⽰的进⾏填补空间进⾏对齐,⽐如：有⼀
种使⽤空间换时间做 法是显式的插⼊reserved成员：
char a;
char reserved[3];//使⽤空间换时间
int b;
}
reserved成员对我们的程序没有什么意义，它只是起到填补空间以达到字节对齐的⽬的，当然即使不加这个成员通常编译器也会给我们⾃动填补对齐，我们⾃⼰加上它只是起到显式的提醒作⽤.
六.字节对齐可能带来的隐患:
代码中关于对齐的隐患，很多是隐式的。⽐如在强制类型转换的时候。例如：
unsigned int i = 0x12345678;
unsigned char *p=NULL;
unsigned short *p1=NULL;
p=&i;
sizeof 指针
*p=0x00;
p1=(unsigned short *)(p+1);
*p1=0x0000;
最后两句代码，从奇数边界去访问unsignedshort型变量，显然不符合对齐的规定。
在x86上，类似的操作只会影响效率，但是在MIPS或者sparc上，可能就是⼀个error，因为它们要求必须字节对齐.
七.如何查与字节对齐⽅⾯的问题:
如果出现对齐或者赋值问题⾸先查看
1. 编译器的big little端设置
2. 看这种体系本⾝是否⽀持⾮对齐访问
3. 如果⽀持看设置了对齐与否，如果没有则看访问时需要加某些特殊的修饰来标志其特殊访问操作。
ARM下的对齐处理
from DUI0067D_ADS1_2_CompLib
3.13 type  qulifiers
有部分摘⾃ARM编译器⽂档对齐部分
对齐的使⽤:
1.__align(num)
这个⽤于修改最⾼级别对象的字节边界。在汇编中使⽤LDRD或者STRD时
就要⽤到此命令__align(8)进⾏修饰限制。来保证数据对象是相应对齐。
这个修饰对象的命令最⼤是8个字节限制，可以让2字节的对象进⾏4字节
对齐，但是不能让4字节的对象2字节对齐。
__align是存储类修改，他只修饰最⾼级类型对象不能⽤于结构或者函数对象。
__packed是进⾏⼀字节对齐
1.不能对packed的对象进⾏对齐
2.所有对象的读写访问都进⾏⾮对齐访问
3.float及包含float的结构联合及未⽤__packed的对象将不能字节对齐
4.__packed对局部整形变量⽆影响
5.强制由unpacked对象向packed对象转化是未定义，整形指针可以合法定
义为packed。
__packed int* p;  //__packed int 则没有意义
6.对齐或⾮对齐读写访问带来问题
__packed struct STRUCT_TEST
{
char a;
int b;
char c;
}  ;    //定义如下结构此时b的起始地址⼀定是不对齐的
//在栈中访问b可能有问题，因为栈上数据肯定是对齐访问[from CL]
//将下⾯变量定义成全局静态不在栈上
static char* p;
static struct STRUCT_TEST a;
void Main()
{
__packed int* q;  //此时定义成__packed来修饰当前q指向为⾮对齐的数据地址下⾯的访问则可以p = (char*)&a;
q = (int*)(p+1);
*q = 0x87654321;
/*
得到赋值的汇编指令很清楚
ldr      r5,0x20001590 ; = #0x12345678
[0xe1a00005]  mov      r0,r5
[0xeb0000b0]  bl      __rt_uwrite4  //在此处调⽤⼀个写4byte的操作函数
[0xe5c10000]  strb    r0,[r1,#0]  //函数进⾏4次strb操作然后返回保证了数据正确的访问[0xe1a02420]  mov      r2,r0,lsr #8
[0xe5c12001]  strb    r2,[r1,#1]

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