面试题

Intel、微软等公司曾经出过一道类似的面试题：

#include <iostream.h>  
#pragma pack(8)  
struct example1  
{ 
    short a;  
    long b;  
};  
struct example2  
{   
    char c;   
    example1 struct1;   
    short e;     
};  
#pragma pack()  
int main(int argc, char* argv[])  
{  
    example2 struct2;  
    cout << sizeof(example1) << endl;  
    cout << sizeof(example2) << endl;  
    cout << (unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2) << endl;  
    return 0;  
}

自然对界

struct 是一种复合数据类型，其构成元素既可以是基本数据类型（如 int、long、float 等）的变量，也可以是一些复合数据类型（如 array、struct、union 等）的数据单元。

对于结构体，编译器会自动进行成员变量的对齐，以提高运算效率。缺省情况下，编译器为结构体的每个成员按其自然对界（natural alignment）条件分配空间。

各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同。

自然对界(natural alignment)即默认对齐方式，是指按结构体的成员中 size 最大的成员对齐。

例如：

struct naturalalign  
{   
    char a;   
    short b;   
    char c;  
};

在上述结构体中，size 大的是 short，其长度为 2 字节，因而结构体中的 char 成员 a、c 都以 2 为单位对齐， sizeof(naturalalign)的结果等于 6；

如果改为：

struct naturalalign  
{   
    char a;   
    int b;    
    char c;  
};

其结果显然为 12（size 大的是 int，都以4字节对齐，4*3=12）。

指定对界

一般地，可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件：
· 使用伪指令#pragma pack (n)，编译器将按照 n 个字节对齐；
· 使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐方式。

注意：
1、如果#pragma pack (n)中指定的 n 大于结构体中大成员的 size，则其不起作用，结构体仍然按照 size 大的成员进行对界。
2、如果小于，成员占用大小必须满足是 n 的倍数需求

例如：

#pragma pack (n)  
struct naturalalign  
{   
    char a;   
    int b;   
    char c;  
};  
#pragma pack ()

当 n 为 4、8、16 时，其对齐方式均一样，sizeof(naturalalign)的结果都等于 12（因为size大的为int，已经为4了）。

而当n为2 时，其发挥了作用，使得 sizeof(naturalalign)的结果为 6。

在 VC++ 6.0 编译器中，我们可以指定其对界方式（见图 1），其操作方式为依次选择 projetct > setting > C/C++菜单，在 struct member alignment 中指定你要的对界方式。

另外，通过__attribute((aligned (n)))也可以让所作用的结构体成员对齐在 n 字节边界上，但是它较少被使用，因而不作详细讲解。

示例一

2+4+2+2 = 10

示例二

1+4+2+1=8

示例三

【12字节】
#pragma pack(4)
struct node{
    int e;          // 0 - 3
    char b;         // 4
                    // 5      空1
    short int a;    // 6 - 7
    char f;         // 8
                    // 9 - 11 空3
};
【12字节】
#pragma pack(4)
struct node{
    char b;         // 0
                    // 1     空1
    short int a;    // 2 - 3
    char f;         // 4
                    // 5 - 7 空3
    int e;          // 8 - 11
};
【10字节】
#pragma pack(2)
struct node{
    int e;          // 0 - 3
    char b;         // 4
                    // 5     空1
    short int a;    // 6 - 7
    char f;         // 8
                    // 9     空1
};
【8字节】
#pragma pack(4)
struct node{
    int e;          // 0 - 3
    short int a;    // 4 - 5
    char b;         // 6
    char f;         // 7
};
【8字节】
#pragma pack(4)
struct node{
    char b;         // 0
    char f;         // 1
    short int a;    // 2 - 3
    int e;          // 4 - 7
};

面试题的解答

至此，我们可以对 Intel、微软的面试题进行全面的解答。

程序中第 2 行#pragma pack (8)虽然指定了对界为 8，但是由于 struct example1 中的成员大 size 为 4（long 变量 size 为 4），故 struct example1 仍然按 4 字节对界，struct example1 的 size 为 8，即第 18 行的输出结果；

struct example2 中包含了 struct example1，其本身包含的简单数据成员的大 size 为 2（short 变量 e），但是因为其包含了 struct example1，而 struct example1 中的大成员 size 为 4，struct example2 也应以 4 对界，#pragma pack (8)中指定的对界对 struct example2 也不起作用，故 19 行的输出结果为 16；

由于 struct example2 中的成员以 4 为单位对界，故其 char 变量 c 后应补充 3 个空，其后才是成员 struct1 的内存空间，20 行的输出结果为 4。

【研发技术】

知识_字节对齐_struct 的成员对齐

面试题

自然对界

指定对界

示例一

示例二

示例三

面试题的解答