c++ - 为什么结构体的 sizeof 不等于每个成员的 sizeof 之和？

Question

为什么 sizeof 运算符返回的结构大小大于该结构成员的总大小？

Answer 1

这是因为添加了填充以满足对齐约束。 Data structure alignment影响程序的性能和正确性:

• 未对齐的访问可能是一个硬错误(通常是 SIGBUS)。
• 未对齐的访问可能是软错误。
  • 通过硬件进行纠正，以实现适度的性能下降。
  • 或者通过软件仿真进行纠正，以解决严重的性能下降问题。
  • 此外，原子性和其他并发保证可能会被破坏，从而导致细微的错误。

以下是使用 x86 处理器典型设置的示例(全部使用 32 位和 64 位模式):

struct X
{
    short s; /* 2 bytes */
             /* 2 padding bytes */
    int   i; /* 4 bytes */
    char  c; /* 1 byte */
             /* 3 padding bytes */
};

struct Y
{
    int   i; /* 4 bytes */
    char  c; /* 1 byte */
             /* 1 padding byte */
    short s; /* 2 bytes */
};

struct Z
{
    int   i; /* 4 bytes */
    short s; /* 2 bytes */
    char  c; /* 1 byte */
             /* 1 padding byte */
};

const int sizeX = sizeof(struct X); /* = 12 */
const int sizeY = sizeof(struct Y); /* = 8 */
const int sizeZ = sizeof(struct Z); /* = 8 */

可以通过按对齐方式对成员进行排序(按大小排序足以满足基本类型的要求)来最小化结构的大小(如上例中的结构 Z)。

重要提示:C 和 C++ 标准都规定结构对齐是实现定义的。因此，每个编译器可能会选择以不同的方式对齐数据，从而导致不同且不兼容的数据布局。因此，在处理不同编译器将使用的库时，了解编译器如何对齐数据非常重要。某些编译器具有命令行设置和/或特殊的 #pragma 语句来更改结构对齐设置。