C99 N1256标准草案

http://www.open-std.org/JTC1/SC22/WG14/www/docs/n1256.pdf

6.5.3.4操作员尺寸：

3当应用于具有结构或并集类型的操作数时，结果是这样的对象中的字节总数，包括内部和尾部衬垫。

6.7.2.1结构和接头规范：

13 ... 可能有未命名的在结构对象内填充，但不能在其开头填充。

and:

15在结构或联合体的末端可能有未命名的填充。

新的C99灵活数组成员特性（结构S｛int is[]；｝；）也可能影响填充：

16作为一种特殊情况，具有多个命名构件的结构的最后一个元素可以具有不完整的数组类型；这称为灵活阵列成员。在大多数情况下，柔性阵列成员被忽略。特别是，结构的大小似乎省略了灵活的数组成员，除了它可能具有比这一遗漏意味着。

附件J便携性问题重申：

以下未指定：。。。在结构或联合中存储值时填充字节的值（6.2.6.1）

C++11 N3337标准草案

http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3337.pdf

5.3.3尺寸：

2应用时对于类，结果是该类的对象中的字节数，包括将该类型的对象放置在数组中。

9.2班级成员：

指向标准布局结构对象的指针（使用reinterpret_cast进行适当转换）指向其初始成员（或者如果该成员是位字段，则返回到它所在的单元），反之亦然。[注：因此，在标准布局结构对象中可能存在未命名的填充，必要时实现适当的对齐。-尾注]

我只知道足够的C++来理解注释：-）

上面给出了很多信息（解释）。

我只想分享一些方法来解决这个问题。

您可以通过添加pragma pack来避免它

#pragma pack(push, 1)

// your structure

#pragma pack(pop) 

打包和字节对齐，如C常见问题解答中所述：

这是为了对齐。许多处理器无法访问2字节和4字节数量（例如整数和长整数），如果它们被塞进每个方向。假设您有这样的结构：结构{字符a[3]；短整数b；长整型c；字符d[3]；};现在，你可能认为应该可以打包这个结构如下：+-------+-------+-------+-------+|a | b|+-------+-------+-------+-------+|b | c|+-------+-------+-------+-------+|c | d（c | d）|+-------+-------+-------+-------+但如果编译器安排，则处理器上的操作要简单得多它是这样的：+-------+-------+-------+|一个|+-------+-------+-------+|b级|+-------+-------+-------+-------+|c类|+-------+-------+-------+-------+|d）|+-------+-------+-------+在打包版本中，请注意，对于你和我想看看b和c字段是如何换行的？简而言之处理器也很难。因此，大多数编译器都会填充结构（好像有额外的、不可见的字段）如下：+-------+-------+-------+-------+|a |焊盘1|+-------+-------+-------+-------+|b |焊盘2|+-------+-------+-------+-------+|c类|+-------+-------+-------+-------+|d|焊盘3|+-------+-------+-------+-------+

如果隐式或显式设置了结构的对齐方式，则可以这样做。对齐为4的结构将始终是4字节的倍数，即使其成员的大小不是4字节的倍。

此外，一个库可以在x86下用32位int编译，并且您可以在64位进程上比较它的组件。如果您手动执行此操作，则会得到不同的结果。

结构的尺寸大于其部件的总和，这是因为所谓的填充。一个特定的处理器有一个首选的数据大小。大多数现代处理器的首选大小为32位（4字节）。当数据位于这种边界上时，访问内存比跨越这种大小边界的东西更有效。

例如考虑简单的结构：

struct myStruct
{
   int a;
   char b;
   int c;
} data;

如果机器是32位机器，并且数据在32位边界上对齐，我们会看到一个直接的问题（假设没有结构对齐）。在此示例中，让我们假设结构数据从地址1024开始（0x400-请注意，最低2位为零，因此数据与32位边界对齐）。对data.a的访问将正常工作，因为它从边界0x400开始。对data.b的访问也会很好，因为它位于地址0x404——另一个32位边界。但未对齐的结构将把data.c放在地址0x405。数据.c的4个字节位于0x405、0x406、0x407、0x408。在32位机器上，系统将在一个内存周期内读取data.c，但只能获得4个字节中的3个字节（第4个字节位于下一个边界）。因此，系统必须进行第二次内存访问以获得第四个字节，

现在，如果编译器不将data.c放在地址0x405，而是将结构填充3字节，并将data.c放到地址0x408，那么系统只需要1个周期就可以读取数据，从而将对该数据元素的访问时间减少50%。填充以内存效率换取处理效率。考虑到计算机可以拥有大量的内存（许多千兆字节），编译器认为这种交换（速度与大小）是合理的。

不幸的是，当您试图通过网络发送结构，甚至将二进制数据写入二进制文件时，这个问题就成了一个杀手。在结构或类的元素之间插入的填充会破坏发送到文件或网络的数据。为了编写可移植的代码（一个将被几个不同的编译器使用），您可能必须分别访问结构的每个元素，以确保正确的“打包”。

另一方面，不同的编译器有不同的能力来管理数据结构打包。例如，在Visual C/C++中，编译器支持#pragma pack命令。这将允许您调整数据打包和对齐。

例如：

#pragma pack 1
struct MyStruct
{
    int a;
    char b;
    int c;
    short d;
} myData;

I = sizeof(myData);

我现在的长度应该是11。如果没有pragma，我可以从11到14（对于某些系统，可以多达32），这取决于编译器的默认打包。

其思想是，出于速度和缓存的考虑，操作数应从与其自然大小对齐的地址中读取。为了实现这一点，编译器填充结构成员，以便对齐以下成员或以下结构。

struct pixel {
    unsigned char red;   // 0
    unsigned char green; // 1
    unsigned int alpha;  // 4 (gotta skip to an aligned offset)
    unsigned char blue;  // 8 (then skip 9 10 11)
};

// next offset: 12

x86体系结构始终能够获取未对齐的地址。然而，它速度较慢，当未对齐与两个不同的缓存线重叠时，当对齐的访问只会逐出一个缓存线时，它会逐出两个缓存线。

有些架构实际上必须捕获未对齐的读写，而早期版本的ARM架构（演变成当今所有移动CPU的架构）。。。事实上，他们只是返回了这些错误的数据。（他们忽略了低位。）

最后，请注意缓存线可以任意大，编译器不会试图猜测这些缓存线，也不会做出空间与速度的权衡。相反，对齐决策是ABI的一部分，表示最终将均匀填充缓存行的最小对齐。

TL；DR：对齐很重要。