C语言中结构体、联合体的成员内存对齐情况

前言

最近项目进行中，遇到一个小问题，在数据协议传输过程中，我为了方便解析，就定义了一个结构体，在数据的指针传入函数的时候，我用定义好的结构体进行强制转化，没想到一直解析失败，调试很久，终于反应过来，在用结构体指针对数据强制转换时，定义结构体我没有注意到数据对齐，因为在底层实现中，我传入的数据buffer是排列整齐的，而强制转化的结构体格式中，我定义的时候没有使用__attribute__((__packed__))或者__packed强制数据对齐，导致结构体成员真实排列会按照成员中最大的变量的格式进行对其，缺少的地方被虚拟补充位置。

下面就稍微简单描述一下结构体数据对齐的讲解：

图片描述的两种实现结构对齐的声明，适用于结构体和联合的声明。

接下来展示几组声明结构体后成员变量对齐的方式：

/*第一个示例*/
struct stc
{
    char one;
    short two;
    char three;
    int four;
} c,d;


int main (void)
{
    c.one=1;
    return 0;
}

第一个示例代码配合下方内存排列的图片，可以看到，在正常无特殊声明的情况下，结构体在内存排列是按照结构体成员中最大的变量的大小进行排列的。

第一处示例代码中，最大的成员变量是int型，一个int型在我使用的32位ARM环境中占4个byte，所以在排列中，最小的排列单位是4byte，而其他类型，char占1个byte，short占2个byte，在排列的第一行的4个byte中，一个char+一个short类型为3byte，所以需要补上1byte的虚拟空间，第二行的4byte中，还剩下一个char和int，int单独占一行，所以char需要补上3byte才能排列整齐。

/*第二个示例*/
struct __attribute__((packed)) stc
{
    char one;
    short two;
    char three;
    int four;
} c,d;


int main (void)
{
    c.one=1;
    return 0;
}

第二个示例代码配合下方内存排列的图片，可以看到，代码使用了__attribute__((packed))声明，这个声明的含义是，令相关的结构体与联合体强制一字节对齐。所以在内存中排列中，按照1byte的数据对齐方式，成员变量紧密排布。

C语言中结构体、联合体的成员内存对齐情况

/*第三个示例*/
#pragma pack (2)
struct stc
{
    char one;
    short two;
    char three;
    int four;
} c,d;


int main (void)
{
    c.one=1;
    return 0;
}

/*第四个示例*/
#pragma pack (4)
struct stc
{
    char one;
    short two;
    char three;
    int four;
} c,d;


int main (void)
{
    c.one=1;
    return 0;
}

第三、四个示例代码配合下方内存排列的图片，可以看到，代码使用了#pragma pack (n)声明，这个声明的含义是，令相关的结构体与联合体强制N字节对齐，这个声明和__attribute__((packed))功能类似，但是__attribute__((packed))只能进行一字节强制对齐，而#pragma pack (n)对齐字节数，由n进行控制，所以有很多的灵活性。具体使用可以从下图成员对齐情况了解，此处就不进行赘述了。

C语言中结构体、联合体的成员内存对齐情况