C/C++结构体使用与自定义字节对齐

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资料仅供学习交流使用。
作者：Aliven888

1、简述

结构体（struct）是一种集合，它里面包含了多个变量或数组，它们的类型可以相同，也可以不同，每个这样的变量或数组都称为结构体的成员（Member）。

2、定义格式

常用格式：

struct MyStructName
{
    参数类型  参数;   //例如：int a;
    ...    //参数可有多个，而且类型不同
};

**直接定义一个结构体变量（全局可以用）：

struct MyStructName
{
    参数类型  参数;   //例如：int a;
    ...    //参数可有多个，而且类型不同
}stu;  //该结构体变量 stu 可以直接使用

**定义唯一结构体变量（全局可以用）：

struct MyStructName
{
    参数类型  参数;   //例如：int a;
    ...    //参数可有多个，而且类型不同
}stu;  //该结构体变量 stu 是唯一的

为结构体定义一个别名：

typedef struct MyStructName
{
    参数类型  参数;   //例如：int a;
    ...    //参数可有多个，而且类型不同
}stu_MyStuName;  //可以使用stu_MyStuName定义结构体变量

eg : stu_MyStuName st;  //使用别名定义结构体对象 st

3、结构体的使用

首先我们定义一个结构体：

struct MyStruct  //因为是举例，定义的比较简单
{
    int a;
};

定义结构体对象与访问参数：

//C 语言中的定义方式
struct MyStruct obj;  //或者指针形式：struct MyStruct *obj; 

//C++中支持的定义方式
MyStruct obj;  //或者指针形式：MyStruct *obj; 

//参数访问           指针形式访问
obj.a = 0x01;   // obj->a = 0x01;

4、结构体内存计算

struct MyStruct
{
    byte bValue;
    WORD wValue;
    int iValue;
    double dbValue;

    MyStruct()
    {
        bValue = 0x00;
        wValue = 0x00;
        iValue = 0x00;
        dbValue = 0.0;
    }
}stu;

void test()
{
    cout << "stu len = " << sizeof(stu) << endl;
}

运行结果

我们运行上面的代码发现，结构体的长度并不是我们想象的 1 + 2 + 4 + 8 = 15，而是 16，其实这就是由于字节对齐导致的。

计算机实际在计算该结构体长度的流程是：

1、首先计算 byte bValue 占一个字节。 //len = 1
2、计算 WORD wValue 时，发现 len 和 2 不是整数倍关系，所以对 a 进行了补齐，此时 a 占用两个字节。 //len = 2 + 2 = 4
3、计算 int iValue 时，len 刚好和 4 是整数倍关系 // len = 4 + 4 = 8
4、计算 double dbValue 时，len 刚好和 8 是整数倍关系 // len = 8 + 8 = 16。

5、自定义字节对齐

通过第四小节我们发现，计算机系统会对结构进行自动字节对齐，到时我们得到的结构体长度并不会是我们期望中的长度。那么有什么方法可以满足我们得到期望中的长度呢？其实很简单，我们可以通过自定义字节对齐的方式，让最终得到的结构体长度等于我们的期望值。

这里我们可以通过使用的下面的方法来实现：

#pragma pack(push)：
英文单词push是“压入”的意思。编译器编译到此处时将保存对齐状态（保存的是push指令之前的对齐状态）。

#pragma pack(n)：
这样就可以知道，当我们想要一个结构体按照4字节对齐时，可以使用#pragma pack(4) ，如果又想使用默认对齐方式时，可以使用#pragma pack() 。

#pragma pack(pop)：
英文单词pop是”弹出“的意思。编译器编译到此处时将恢复push指令前保存的对齐状态（请在使用该预处理命令之前使用#pragma pack(push)）。

注意事项：
push和pop是一对应该同时出现的名词，只有pop没有push不起作用，只有push没有pop可以保持之前对齐状态（但是这样就没有使用push的必要了）。

使用格式：

#pragma pack(push)
#pragma pack(4)
    
struct MyStruct
{
    ....
};

#pragma pack(pop)

这样在push和pop之间的结构体就可以按照pack指定的字节（这里是4字节对齐方式），而pop之后的结构体按照#pragma pack(push) 前对齐方式。

#pragma pack(push)  
#pragma   pack(1) 
struct MyStruct
{
    byte bValue;
    WORD wValue;
    int iValue;
    double dbValue;

    MyStruct()
    {
        bValue = 0x00;
        wValue = 0x00;
        iValue = 0x00;
        dbValue = 0.0;
    }
}stu;
#pragma   pack(pop)
void test()
{
    cout << "stu len = " << sizeof(stu) << endl;
}

此时，我们在运行上面的代码发现，结构体的长度就是 1 + 2 + 4 + 8 = 15了。

运行结果