C++结构体

结构体类型

结构体对象

结构体对象的定义形式

定义结构体对象有三种形式：

1. 先定义结构体类型，再定义结构体对象

   struct DATE{
       int year, month, day;
   };
   DATE a, b;         // C++的方式
   struct DATE c, d;  // C语言的方式

2. 定义结构体类型的同时定义结构体对象

   struct DATE{
       int year, month, day;
   }d1, d2;

3. 直接定义结构体对象

   struct {
       int year, month, day;
   }d1, d2;

结构体对象的内存形式

结构体各成员是根据在结构体定义时出现的顺序依次分配空间的，其内存长度是各个成员内存长度之和，推荐使用sizeof运算，由编译器自动确定内存长度。

注意：在有的编译器中，sizeof得到的结构体内存长度可能比理论值大。如：

struct A
{
    int a;   // 4 字节
    char b;  // 1 字节
    short c; // 2 字节
};
struct B
{
    char b;  // 1 字节
    int a;   // 4 字节
    short c; // 2 字节
};

这两个结构体类型成员相同（仅顺序不同），理论上它们的内存长度都是4+1+2=7。但实际上sizeof(A)的结构为8，sizeof(B)的结构为12。

原因：为了加快数据存储的速度，编译器默认情况下会对结构体成员和结构体本身（其他数据成员也是如此）存储位置进行处理，使其存放的起始位置是一定字节数的倍数，而不是顺序存放，称为字节对齐。

设对齐字节数为n(n=1, 2, 4, 8, 16)，每个字节内存长度为Li,Max(Li)为最大的成员内存长度。字节对齐的规则是：

1. 结构体对象的起始位置能够被Max(Li)所整除；
2. 结构体中每个成员相对于起始地址的偏移量，即对齐值应是min(n, Li)的倍数。若不满足对齐值的要求，编译器会在成员之间填充若干个字节，称为internal padding；
3. 结构体的总长度值应是min(n, Max(Li))的倍数，若不满足总长度的要求，编译器在为最后一个成员分配空间后，会在其后填充若干个字节，称为trailing padding。

VC默认的对齐字节数为n=8，则A与B的内存长度分析如下：

• A的第一个成员a为int，对齐值min(n, sizeof(int))=4，成员a相对于结构体起始地址从0偏移开始，满足4字节对齐要求；
• 第二个成员b为char，对齐值min(n, sizeof(char))=1，b紧接着a后面从偏移4开始，满足1字节对齐要求；
• 第三个成员c为short，对齐值min(n, sizeof(short))=2，如果c紧接着b后面从偏移5开始就不满足2字节对齐要求，因此需要补充一个字节，从偏移6开始存储。

结构体A的内存长度为4+1+1(补充)+2=8。

• B的第一个成员b为char，对齐值min(n, sizeof(char))=1，成员b相对于结构体起始地址从0偏移开始，满足1字节对齐要求；
• 第二个成员a为int，对齐值min(n, sizeof(int))=4，如果a紧接着b后面从偏移1开始，不满足4字节对齐要求，因此补充3个字节，从偏移4开始存储；
• 第三个成员c为short，对齐值min(n, sizeof(short))=2，c紧接着a后面从偏移8开始，满足2字节对齐要求。
• 则当前总的内存长度为1+3(补充)+4+2=10，由于n大于最大的成员内存长度4，故结构体长度应是4的倍数，因此最后需要再补充2个字节。

结构体B的内存长度为1+3(补充)+4+2+2(补充)=12。

使用预处理命令#progma pack(n)可以设定对齐字节数n(n=1, 2, 4, 8, 16)。例如：

#progma pack(push) // 保存对齐字节数
#progma pack(1)    // 设定对齐字节数为1
struct A
{
    int a;   // 4 字节
    char b;  // 1 字节
    short c; // 2 字节
};
#progma pack(pop) // 恢复对齐字节数

此时sizeof(A)的结果为7。

Reference

• C++程序设计