#pragma pack 使用說明

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聲明:
整理自網絡達人們的帖子,部分參照MSDN。

作用:
指定結構體、聯合以及類成員的packing alignment;

語法:
#pragma pack( [show] | [push | pop] [, identifier], n )

說明:
1,pack提供數據聲明級別的控制,對定義不起作用;
2,調用pack時不指定參數,n將被設成默認值;
3,一旦改變數據類型的alignment,直接效果就是佔用memory的減少,但是performance會下降;

語法具體分析:
1,show:可選參數;顯示當前packing aligment的字節數,以warning message的形式被顯示;
2,push:可選參數;將當前指定的packing alignment數值進行壓棧操作,這裏的棧是the internal compiler stack,同時設置當前的packing alignment爲n;如果n沒有指定,則將當前的packing alignment數值壓棧;
3,pop:可選參數;從internal compiler stack中刪除最頂端的record;如果沒有指定n,則當前棧頂record即爲新的packing alignment數值;如果指定了n,則n將成爲新的packing aligment數值;如果指定了identifier,則internal compiler stack中的record都將被pop直到identifier被找到,然後pop出identitier,同時設置packing alignment數值爲當前棧頂的record;如果指定的identifier並不存在於internal compiler stack,則pop操作被忽略;
4,identifier:可選參數;當同push一起使用時,賦予當前被壓入棧中的record一個名稱;當同pop一起使用時,從internal compiler stack中pop出所有的record直到identifier被pop出,如果identifier沒有被找到,則忽略pop操作;
5,n:可選參數;指定packing的數值,以字節爲單位;缺省數值是8,合法的數值分別是1、2、4、8、16。

重要規則:
1,複雜類型中各個成員按照它們被聲明的順序在內存中順序存儲,第一個成員的地址和整個類型的地址相同;
2,每個成員分別對齊,即每個成員按自己的方式對齊,並最小化長度;規則就是每個成員按其類型的對齊參數(通常是這個類型的大小)和指定對齊參數中較小的一個對齊;
3,結構、聯合或者類的數據成員,第一個放在偏移爲0的地方;以後每個數據成員的對齊,按照#pragma pack指定的數值和這個數據成員自身長度兩個中比較小的那個進行;也就是說,當#pragma pack指定的值等於或者超過所有數據成員長度的時候,這個指定值的大小將不產生任何效果;
4,複雜類型(如結構)整體的對齊是按照結構體中長度最大的數據成員和#pragma pack指定值之間較小的那個值進行;這樣在成員是複雜類型時,可以最小化長度;
5,結構整體長度的計算必須取所用過的所有對齊參數的整數倍,不夠補空字節;也就是取所用過的所有對齊參數中最大的那個值的整數倍,因爲對齊參數都是2的n次方;這樣在處理數組時可以保證每一項都邊界對齊;


更改c編譯器的缺省字節對齊方式:
在缺省情況下,c編譯器爲每一個變量或數據單元按其自然對界條件分配空間;一般地可以通過下面的兩種方法來改變缺省的對界條件:
方法一:
使用#pragma pack(n),指定c編譯器按照n個字節對齊;
使用#pragma pack(),取消自定義字節對齊方式。

方法二:
__attribute(aligned(n)),讓所作用的數據成員對齊在n字節的自然邊界上;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優化對齊,按照實際佔用字節數進行對齊。

綜上所述,下面給出例子並詳細分析:

例子一:
#pragma pack(4)
class TestB
{
public:
int aa; //第一個成員,放在[0,3]偏移的位置,
  char a; //第二個成員,自身長爲1,#pragma pack(4),取小值,也就是1,所以這個成員按一字節對齊,放在偏移[4]的位置。
  short b; //第三個成員,自身長2,#pragma pack(4),取2,按2字節對齊,所以放在偏移[6,7]的位置。
  char c; //第四個,自身長爲1,放在[8]的位置。
};
可見,此類實際佔用的內存空間是9個字節。根據規則5,結構整體的對齊是min( sizeof( int ), pack_value ) = 4,所以sizeof( TestB ) = 12;


例子二:
#pragma pack(2)
class TestB
{
public:
int aa; //第一個成員,放在[0,3]偏移的位置,
  char a; //第二個成員,自身長爲1,#pragma pack(4),取小值,也就是1,所以這個成員按一字節對齊,放在偏移[4]的位置。
  short b; //第三個成員,自身長2,#pragma pack(4),取2,按2字節對齊,所以放在偏移[6,7]的位置。
  char c; //第四個,自身長爲1,放在[8]的位置。
};
可見結果與例子一相同,各個成員的位置沒有改變,但是此時結構整體的對齊是min( sizeof( int ), pack_value ) = 2,所以sizeof( TestB ) = 10;


例子三:
#pragma pack(4)
class TestC
{
public:
char a; //第一個成員,放在[0]偏移的位置,
  short b; //第二個成員,自身長2,#pragma pack(4),取2,按2字節對齊,所以放在偏移[2,3]的位置。
  char c; //第三個,自身長爲1,放在[4]的位置。
};
整個類的實際內存消耗是5個字節,整體按照min( sizeof( short ), 4 ) = 2對齊,所以結果是sizeof( TestC ) = 6;


例子四:
struct Test
{
char x1; //第一個成員,放在[0]位置,
short x2; //第二個成員,自身長度爲2,按2字節對齊,所以放在偏移[2,3]的位置,
float x3; //第三個成員,自身長度爲4,按4字節對齊,所以放在偏移[4,7]的位置,
char x4; //第四個陳冠,自身長度爲1,按1字節對齊,所以放在偏移[8]的位置,
};
所以整個結構體的實際內存消耗是9個字節,但考慮到結構整體的對齊是4個字節,所以整個結構佔用的空間是12個字節。


例子五:
#pragma pack(8)

struct s1
{
short a; //第一個,放在[0,1]位置,
long b; //第二個,自身長度爲4,按min(4, 8) = 4對齊,所以放在[4,7]位置
};
所以結構體的實際內存消耗是8個字節,結構體的對齊是min( sizeof( long ), pack_value ) = 4字節,所以整個結構佔用的空間是8個字節。

struct s2
{
char c; //第一個,放在[0]位置,
s1 d; //第二個,根據規則四,對齊是min( 4, pack_value ) = 4字節,所以放在[4,11]位置,
long long e; //第三個,自身長度爲8字節,所以按8字節對齊,所以放在[16,23]位置,
};
所以實際內存消耗是24自己,整體對齊方式是8字節,所以整個結構佔用的空間是24字節。

#pragma pack()
所以:
sizeof(s2) = 24, s2的c後面是空了3個字節接着是d。


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