计算结构的大小

Question

我正在研究结构成员对齐和结构填充概念的时候发现这个struct的大小...

struct node{
  int b;
  char a;
 };

... 是 8 个字节（即它包含 3 个字节的填充），而这个 struct ...

的大小

struct node{
  char a;
};

... 只有 1 个字节。为什么后者没有padding？

Answer 1

Data structure alignment.

描述得很精彩here。

假设你有这样的结构：

struct  {
    char a[3];
    short int b;
    long int c;
    char d[3];
    };

现在，您可能认为应该可以像这样将这个结构打包到内存中：

+-------+-------+-------+-------+
|           a           |   b   |
+-------+-------+-------+-------+
|   b   |           c           |
+-------+-------+-------+-------+
|   c   |           d           |
+-------+-------+-------+-------+

但是如果编译器像这样安排它，处理器上会容易得多：

+-------+-------+-------+
|           a           |
+-------+-------+-------+
|       b       |
+-------+-------+-------+-------+
|               c               |
+-------+-------+-------+-------+
|           d           |
+-------+-------+-------+

在 ''packed'' 版本中，请注意您和我至少有点难以看到 b 和 c 字段是如何环绕的？简而言之，处理器也很难。因此，大多数编译器会像这样“填充”结构（好像带有额外的、不可见的字段）：

+-------+-------+-------+-------+
|           a           | pad1  |
+-------+-------+-------+-------+
|       b       |     pad2      |
+-------+-------+-------+-------+
|               c               |
+-------+-------+-------+-------+
|           d           | pad3  |
+-------+-------+-------+-------+

---

^{这篇文章解释了填充是如何完成的，而不是为什么这样做。请参考 hacks 的回答了解为什么这样做。}

Answer 2

记住这两条填充规则：

1. 仅当结构成员后跟具有更大对齐要求的成员或结构的末端时，才会插入填充。
2. 最后一个成员填充了所需的字节数，因此结构的总大小应该是任何结构成员的最大对齐的倍数。

第二个结构中的成员a 后面没有任何成员或具有更大对齐的成员，它也是最大的对齐成员，这意味着--无填充。

阅读此answer 以获得更详细的说明。

Answer 3

struct 成员的填充和对齐完全由编译器决定，除了第一个成员之前不能有任何填充。话虽如此，编译器通常会选择填充来实现对齐目的，因此特别是

1. 同一结构的所有成员可以同时以最佳方式对齐，并且
2. 在structs 的数组中，如果第一个数组元素的成员以最佳方式对齐，那么所有其他元素的成员也是如此。

根据这些和类似的要求，编译器通常会选择必要的最少填充量（理想情况下根本不需要填充）。如果不同的成员类型有不同的对齐要求，那么上述考虑要求将struct 表示填充为具有最严格对齐要求的成员大小的倍数。根据成员的类型及其顺序，它们可能还需要成员之间的填充。