C的字節對齊和位域操作

1、 字節對齊

首先分析字節對齊之前，需要了解概念

1. 自身對齊：數據結構自身的大小
2. 指定對齊：編譯器或者用戶指定的值，例如__attribute__ ((aligned (1)))，設置爲單字節對齊
3. 有效對齊：取自身對齊和指定對齊中較小的

分析結構體佔用內存大小要看以下兩個條件

1. 對於結構體或者類，要將其補齊爲其有效對齊值的整數倍，結構體的有效對齊值是其最大數據成員的有效對齊值
2. 存放成員的起始地址必須是該成員有效對齊值的整數倍

對於位域操作而言，我們需要關心如下：

a. 位域變量的長度不能大於其類型的長度sizeof(類型) ，例如bit_a中char a：10是不行的
b. 位域可以是無名位域，無名位域只能用作填充或調整位置，不能使用
c. 位域結構體的大小必須是其最長基本類型大小的整數倍sizeof(類型)，參見foo4
d. 當一個字節不夠放時，可以另起一個字節，也可以有意重新起一個字節，例如如bs
f. 當結構體中有非位域操作時，整個結構體不進行壓縮，建test3

例子1：

struct bs     
{     
    unsigned a:4     
    unsigned :0 /*空域*/     
    unsigned b:4 /*從下一單元開始存放*/     
    unsigned c:4     
}

例子2：

struct foo4 {
    char    a : 2;
    char    b : 3;
    int c : 1;
};  //大小爲4

2. 位對齊（__attribute__使用）

按照bit位，內存是連續的，配合__attribute__使用，GNU使用__attribute__選項來設置，例如下面例子中，Test1使用一位對齊

1. attribute ((aligned (n)))，按照n字節對齊
2. attribute ((packed))，對於域是位對齊

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct Test3
{
    char a:1;
    int b:2;
    long c;
}test3;
typedef struct Test2
{
    char a:1;
    int b:2;
    int :1;
}test2;
struct bit{
int a:4; 
int b:4;
char c:4;
char d:4;
}bit1; //默認字節對齊
struct bit_a
{
	char a:5;
	char b:5;
	char c:5;
	char d:5;
	char e:5;
}__attribute__ ((packed)) bit_a1; //位對齊
struct bit_aa
{
	char a;
	int b;

}__attribute__ ((packed)) bit_aa; //位對齊
typedef struct Test1
{
    char a:1;
    short b:2;
}__attribute__ ((aligned (1))) test1; //單字節對齊
int main(int argc, char* argv[])
{

	fprintf(stderr,"%ld\n %ld\n %ld\n %ld\n %ld\n %ld\n",sizeof(test3),sizeof(test2),sizeof(bit1),sizeof(bit_a1),sizeof(bit_aa),sizeof(test1));
	exit(0);

}

~/Videos$ ./io_1
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