结构体成员地址是否连续？

Julius007 · 发表于 2012-10-27 00:21:01

最近看了一下“ALIENTEK 战舰STM32开发板资料”-基于库开发手册，属于我看到的最好的文档资料，内容详实，而且是原始著作，真是稀物呀！肯定花了不少时间去创造的，值得我们这些学习者的肯定。
    以上是我对正点原子创造的感谢。

    我看到"STM32开发指南V1.0+库函数版本.pdf“第109页中写道：这里就设计到结构体的一个特征了，那就是结构体存储的成员他们的地址是连续的。
这句话我想到了#pragma pack(n)对齐方式，好像是如果结构体成员是同类型的就是连续的，不同类型可能就不会连续。在开发文档中结构体成员地址肯定是连续的，因为他们的类型是一致的，但是那句话好像没有加到前提。
    不知道我这样理解是否正确，如果错误，就当帮我改正一个错误的知识点，请大家见谅。

正点原子 · 发表于 2012-10-27 00:32:29

百度过来的:

在Project－> Setting-> C/C++-> Code Generation-> Struct member alignment中可以设置结构的对齐方式。
进入VS2005的菜单Tools->Options,选择Debugging->General 勾上 Enable address-level debugging 选项和 Require source files to exactly match the original version。查看窗口 memory（Debug -> windows -> memory）

在调试时下断点~然后在监视窗口键入 &变量名来查看变量地址~也可以直接将 &变量名的值写入代码并显示

字节对齐的细节和编译器实现相关，但一般而言，满足三个准则：

1) 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除；

2) 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量（offset）都是成员大小的整数倍，如有需要编译器会在成员之间加上填充字节（internal adding）；

3) 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节（trailing padding）。

对于上面的准则，有几点需要说明：
1) 前面不是说结构体成员的地址是其大小的整数倍，怎么又说到偏移量了呢因为有了第1点存在，所以我们就可以只考虑成员的偏移量，这样思考起来简单。想想为什么。

结构体某个成员相对于结构体首地址的偏移量可以通过宏offsetof()来获得，这个宏也在stddef.h中定义，如下：
#define offsetof(s,m) (size_t)&(((s *)0)->m)
例如，想要获得S2中c的偏移量，方法为
size_t pos = offsetof(S2, c);// pos等于4

2) 基本类型是指前面提到的像char、short、int、float、double这样的内置数据类型，这里所说的“数据宽度”就是指其sizeof的大小。由于结构体的成员可以是复合类型，比如另外一个结构体，所以在寻找最宽基本类型成员时，应当包括复合类型成员的子成员，而不是把复合成员看成是一个整体。但在确定复合类型成员的偏移位置时则是将复合类型作为整体看待。

这里叙述起来有点拗口，思考起来也有点挠头，还是让我们看看例子吧（具体数值仍以VC6为例，以后不再说明）：

struct S3
{
char c1;
S1 s;
char c2;
};

S1的最宽简单成员的类型为int，S3在考虑最宽简单类型成员时是将S1“打散”看的，所以S3的最宽简单类型为int，这样，通过S3定义的变量，其存储空间首地址需要被4整除，整个sizeof(S3)的值也应该被4整除。
c1的偏移量为0，s的偏移量呢这时s是一个整体，它作为结构体变量也满足前面三个准则，所以其大小为8，偏移量为4，c1与s之间便需要3个填充字节，而c2与s之间就不需要了，所以c2的偏移量为12，算上c2的大小为13，13是不能被4整除的，这样末尾还得补上3个填充字节。最后得到sizeof(S3)的值为16。

通过上面的叙述，我们可以得到一个公式：
结构体的大小等于最后一个成员的偏移量加上其大小再加上末尾的填充字节数目，即：

sizeof( struct ) = offsetof( last item ) + sizeof( last item ) + sizeof( trailing padding )

到这里，朋友们应该对结构体的sizeof有了一个全新的认识，但不要高兴得太早，有一个影响sizeof的重要参量还未被提及，那便是编译器的pack指令。它是用来调整结构体对齐方式的，不同编译器名称和用法略有不同，VC6中通过#pragma pack实现，也可以直接修改/Zp编译开关。#pragma pack的基本用法为：#pragma pack( n )，n为字节对齐数，其取值为1、2、4、8、16，默认是8，如果这个值比结构体成员的sizeof值小，那么
该成员的偏移量应该以此值为准，即是说，结构体成员的偏移量应该取二者的最小值，
公式如下：

offsetof( item ) = min( n, sizeof( item ) )
再看示例：

#pragma pack(push) // 将当前pack设置压栈保存
#pragma pack(2) // 必须在结构体定义之前使用
struct S1
{
char c;
int i;
};
struct S3
{
char c1;
S1 s;
char c2;
};
#pragma pack(pop) // 恢复先前的pack设置
计算sizeof(S1)时，min(2, sizeof(i))的值为2，所以i的偏移量为2，加上sizeof(i)等于6，能够被2整除，所以整个S1的大小为6。
同样，对于sizeof(S3)，s的偏移量为2，c2的偏移量为8，加上sizeof(c2)等于9，不能被2整除，添加一个填充字节，所以sizeof(S3)等于10。

现在，朋友们可以轻松的出一口气了，

还有一点要注意，“空结构体”（不含数据成员）的大小不为0，而是1。试想一个“不占空间”的变量如何被取地址、两个不同的“空结构体”变量又如何得以区分呢于是，“空结构体”变量也得被存储，这样编译器也就只能为其分配一个字节的空间用于占位了。如下：
struct S5 { };
sizeof( S5 ); // 结果为1

主要用来设置结构定义的字节对齐方式，比如是单字节对齐，双字节对齐等，比如如果是双字节对齐，那么结构的成员变量的地址必须是2的整数倍，这就造成了字节补齐，但是提高了访问速度。单字节呢，就是没有补齐，成员变量的地址是连续的，其他依次类推，通常是4，8等。通常用于网络传输数据，特别是传输整个结构时，必须采取单字节对齐，这样才可以直接把结构地址，以及结构长度，作为Send的参数发送整个结构，否则只能依次发送结构的成员，要不然会出现结构解释的差异。

传输结构时和pack无关，只要Recv端定义的结构和Send方一样就没问题了。
pack多用于Hook程序，比如Hook   Api技术，因为需要硬编码，所以必须将结构
压缩，将内容补齐！
比如：
ASM_STRUCT{
    BYTE   bJmp;
    DWORD   dwDes;
}a;
如果不用Pack时，编译为：
  a.bJmp   =   0xEB;   //   jmp的编码
  a.dwDes   =   0x00410123;   //   jmp   0x00410123
不用pack的话，内存内容为     0xEB   XX   XX   XX   23   01   41   00   //   共8BYTE
其中XX为不定值，用pack后     0xEB   23   01   41   00   //   共5BYTE
这样，在Hook时运行这些指令，就必须用#parama   pack(1)   //   1   BYTE方式对齐。

如果直接把结构地址，以及结构长度，作为Send的参数发送整个结构，难道不需要pack吗？
不需要。
send(struct,   sizeof(struct));就可以了，如果两个程序都没有pack的话，
相同的结构体在接收数据时就没有问题。必须保证两边的pack都是一样才行。

附加：
_T或者TEXT是一个宏，
他将窄字符（1个byte）和宽字符（2个byte）统一起来
如果程序定义了UNICODE（宽字符）
则所有形如_T(＂＂)或者TEXT（＂＂）的字符串将被存储当作是宽字符来存储
如果没有定义，那就用作一般的窄字符。
其实质目的其实是为了程序的国际通用性，因为很多国家的语言中字符是要占
两个字节的。
另外，c里面凡是涉及字符串的函数都有两个版本，比如DrawText函数，
如果程序定义了UNICODE，则DrawText在编译时被DrawTextA代替（此函数处理窄字符）
如果没有定义，他就被DrawTextW代替（处理宽字符）。