Alignment(對齊)

    在使用structure時，為了考慮到memory alignment的問題，會衍生structure每個member alignment的問題，
要使得資料align在所在的boundary上。
但注意alignment不是C/C++ standard中的一部份，所以實作還是depend on compiler，一般會有這樣的規則：

【  資料大小為n，資料位址會位在(對齊,align)n的倍數上，alignment為n 】

這個規則的條件:Compiler的【Struct Member Alignment】大於Structure本身member的Alignment。

原因會在稍後做說明，以一個例子來說明：
編譯器：Miscosoft Visual C++ 6.0
專案型態：Win32 Console Application
編譯器預設Struct Member Alignment為8 bytes
(Struct Member Alignment在[Project]->[Settings...]->[C/C++]:Struct Member Alignment)

code:

---

#include <stdio.h>
struct tagStruct
{
	char member1;
	short int member2;
	long int member3;
	double member4;
};
	
void main()
{
	struct tagStruct _tagStruct;
	printf("%p\n",&_tagStruct.member1);
	printf("%p\n",&_tagStruct.member2);
	printf("%p\n",&_tagStruct.member3);
	printf("%p\n",&_tagStruct.member4);
	printf("%d\n",sizeof(struct tagStruct));
}　

Output:
	0012FF70 
	0012FF72
	0012FF74
	0012FF78
	16	

---

在編譯器中有一個設定是'Struct Member Alignment'，這是設定要如何align structure中每個member。
而structure本身的各member，也有自己的alignment值。
編譯器會根據取'Struct Member Alignment'及member本身的alignment中較小的數值，來align該member。

MSDN的說明如下：
The Struct Member Alignment (/Zpn) option controls how the members of a structure are packed into memory 
and specifies the same packing for all structures in a module. When you specify this option, each structure member 
after the first is stored on either the size of the member type or n-byte boundaries (where n is 1, 2, 4, 8, or 16), 
whichever is smaller.

舉個例子：

code:

---

#include<stdio.h>
	
struct tagStruct
{
	char ch;
	double num;
};
	
void main()
{
	struct tagStruct _tagStruct;
	printf("%p\n",&_tagStruct.ch);
	printf("%p\n",&_tagStruct.num);
	printf("%d\n",sizeof(struct tagStruct));
}　

---

這個結果可以預測，num型態為double，大小為8 bytes， alignment為8。
所以在member ch之後，要加上7個padding之後，才使的num Quad-word boundaries。
總共的大小為 sizeof(ch) + 7 paddings + sizeof(double) = 16 bytes.

假設'Struct Member Alignment'為4 bytes，以上的結果為：

0012FF70
0012FF74
12

'Struct Member Alignment'為4 bytes，而num的alignment為8，取較小者，為4。
所以在member ch之後，會加上3個padding之後，使得num Double word boundaries。
總共的大小為 sizeof(ch) + 3 paddings + sizeof(double) = 12 bytes.

假設'Struct Member Alignment'為2 bytes，以上的結果為：

0012FF70
0012FF72
10

'Struct Member Alignment'為2 bytes，而num的alignment為8，取較小者，為2。
所以在member ch之後，會加上1個paddings之後，使得num Word boundaries。
總共大小為 sizeof(ch) + 1 padding + sizeof(double) = 10 bytes.

假設'Struct Member Alignment'為1 bytes，以上的結果為：

0012FF70
0012FF71
9

'Struct Member Alignment'為1 bytes，而num的alignment為8，取較小者，為1。
所以在member ch之後，直接連結member num
總共大小為 sizeof(ch) + sizeof(double) = 9 bytes.

PS:
在調整"Struct Member Alignment"時，可能會出現以下的警告訊息：
warning C4653: compiler option 'structure packing (/Zp)' inconsistent with precompiled header; current command-line option ignored
這表示，compiler option設定的"Struct Member Alignment"與Precompiled header中的數值不一致，產生衝突
所以compiler忽略了"Struct Member Alignment"的數值，而以Precompiled header中的數值。
Precompiled header中的"Struct Member Alignment"的數值應該為8 bytes。
此時若要讓Compiler的設定生效的話，請把Precompiled header關掉，方法如下：
[Project]->[Settings...]->[C/C++]:[Category]:<Precompiled Headers>:
    選擇【Not using precompiled headers】

以上利用VC++ 6.0中的設定來說明Struct Member Alignment的觀念，在實際的運用上，並不建議直接更改
Compiler "Struct Member Alignment"的數值，因為這樣會影響到整個程式的效率。還記得一開始說，在32
位元平台上，Double word boundaries， CPU讀取速度較快，所以除非有必要或十分清楚使用的方法，不建議
自行調整Alignment，而是自動以Compiler的設定為主。

另一種調整"Struct Member Alignment"的方法，可以參考：
pragma(Visual C++) - #pragma pack( show [n] )

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Written By James On 2004/09/09