細說 #pragma pack(n)

在C語言中，結構是一種複合資料型別，其構成元素既可以是基礎資料型別 (Elementary Data Type)（如int、long、float等）的變數，也可以是一些複合資料型別（如數組、結構、聯合等）的資料單元。在結構中，編譯器為結構的每個成員按其自然對界（alignment）條件分配空間。各個成員按照它們被聲明的順序在記憶體中順序儲存，第一個成員的地址和整個結構的地址相同。

例如，下面的結構各成員空間分配情況：
struct test
{
     char x1;
     short x2;
     float x3;
     char x4;
};

結 構的第一個成員x1，其位移地址為0，佔據了第1個位元組。第二個成員x2為short類型，其起始地址必須2位元組 對界，因此，編譯器在x2和x1之間填充了一個空位元組。結構的第三個成員x3和第四個成員x4恰好落在其自然對界地址上，在它們前面不需要額外的填充字 節。在test結構中，成員x3要求4位元組對界，是該結構所有成員中要求的最大對界單元，因而test結構的自然對界條件為4位元組，編譯器在成員x4後面 填充了3個空位元組。整個結構所佔據空間為12位元組。

更改C編譯器的預設位元組對齊
在預設情況下，C編譯器為每一個變數或是資料單元按其自然對界條件分配空間。一般地，可以通過下面的方法來改變預設的對界條件：
     · 使用偽指令#pragma pack (n)，C編譯器將按照n個位元組對齊。
     · 使用偽指令#pragma pack ()，取消自訂位元組對齊。

另外，還有如下的一種方式：
     · __attribute((aligned (n)))，讓所作用的結構成員對齊在n位元組常態範圍上。如果結構中有成員的長度大於n，則按照最大成員的長度來對齊。
     · __attribute__ ((packed))，取消結構在編譯過程中的最佳化對齊，按照實際佔用位元組數進行對齊。

以上的n = 1, 2, 4, 8, 16... 第一種方式較為常見。

下面有一道在 CSDN論壇 上討論火熱的題：

Intel和微軟等公司同時出現的面試題

#pragma pack(8)

struct s1{
short a;
long b;
};

struct s2{
char c;
s1 d;
long long e;
};

#pragma pack()

問
1.sizeof(s2) = ?
2.s2的c後面空了幾個位元組接著是d?

感謝 redleaves(ID最吊的網友) 的解答，結果如下：

sizeof(S2)結果為24.
成員對齊有一個重要的條件,即每個成員分別對齊.即每個成員按自己的方式對齊.
也就是說上面雖然指定了按8位元組對齊,但並不是所有的成員都是以8位元組對齊.其對齊的規則是,每個成員按其類型的對齊參數(通常是這個類型的大小)和指定對齊參數(這裡是8位元組)中較小的一個對齊.並且結構的長度必須為所用過的所有對齊參數的整數倍,不夠就補空位元組.
S1中,成員a是1位元組預設按1位元組對齊,指定對齊參數為8,這兩個值中取1,a按1位元組對齊;成員b是4個位元組,預設是按4位元組對齊,這時就按4位元組對齊,所以sizeof(S1)應該為8;
S2 中,c和S1中的a一樣,按1位元組對齊,而d 是個結構,它是8個位元組,它按什麼對齊呢?對於結構來說,它的預設對齊就是它的所有成員使用的對齊參數中最大的一個,S1的就是4.所以,成員d就是 按4位元組對齊.成員e是8個位元組,它是預設按8位元組對齊,和指定的一樣,所以它對到8位元組的邊界上,這時,已經使用了12個位元組了,所以又添加了4個位元組 的空,從第16個位元組開始放置成員e.這時,長度為24,已經可以被8(成員e按8位元組對齊)整除.這樣,一共使用了24個位元組.
                          a    b
S1的記憶體布局：11**,1111,
                          c    S1.a S1.b     d
S2的記憶體布局：1***,11**,1111,****11111111

這裡有三點很重要:
1.每個成員分別按自己的方式對齊,並能最小化長度
2.複雜類型(如結構)的預設對齊是它最長的成員的對齊,這樣在成員是複雜類型時,可以最小化長度
3.對齊後的長度必須是成員中最大的對齊參數的整數倍,這樣在處理數組時可以保證每一項都邊界對齊

補充一下,對於數組,比如:
char a[3];這種,它的對齊和分別寫3個char是一樣的.也就是說它還是按1個位元組對齊.
如果寫: typedef char Array3[3];
Array3這種類型的對齊還是按1個位元組對齊,而不是按它的長度.
不論類型是什麼,對齊的邊界一定是1,2,4,8,16,32,64....中的一個.

測試的編譯器：

GCC 2.95 3.1 3.3 3.4 4.0
MS C/C++ 7.0 7.1 8.0 beta
Borland C/C++ 5.6 6.0
Intel C/C++ 7.0 8.0 8.1
DigitalMars C/C++ 8.4
OpenWatcom 1.3
Codeplay C/C++ 2.1.7