union的使用時機&struct的對齊(natural alignment)

繼前篇所討論的struct與union的差異, 這邊有個使用union的範例可以參考~

假設現在有三個種類的封包要被傳送, 而同一時間只會送出這三類的其中一類封包, 同時我們用struct與union兩種方式宣告, 在執行結果進行比較所需佔用的記憶體空間。

因此程式可以這樣寫:



//*****************example_union_usage.c****************//

#include <stdio.h>

struct structA
{
   int a;
   char b;
};

struct structB
{
   char a;
   short b;
};

struct structC
{
   int a;
   char b;
   float c;
};

struct CommuPacket       //使用union的

{

   int iPacketType;

   union

   {

        struct structA packetA;

        struct structB packetB;

        struct structC packetC;

   };

};

struct CommuPacket_2

{

   int iPacketType;

   struct

   {

        struct structA packetA;

        struct structB packetB;

        struct structC packetC;

   };

};

int main()

{

   struct CommuPacket struct_CommuPacket;

   struct CommuPacket_2 struct_CommuPacket_2;

   int struct_size, struct_size_2;

   struct_size = sizeof(struct_CommuPacket);

   struct_size_2 = sizeof(struct_CommuPacket_2);

   printf("struct_CommuPacket size=%d\n", struct_size);

   printf("struct_CommuPacket_2 size=%d\n\n", struct_size_2);

   int m_size_packetA, m_size_packetB, m_size_packetC;

   m_size_packetA = sizeof(struct_CommuPacket.packetA);

   printf("packetA size is %d\n", m_size_packetA);

   m_size_packetB = sizeof(struct_CommuPacket.packetB);

   printf("packetB size is %d\n", m_size_packetB);

   m_size_packetC = sizeof(struct_CommuPacket.packetC);

   printf("packetC size is %d\n", m_size_packetC);

}

//***************************************************//

輸出結果:

可以看到使用union的，佔了16byte，與struct的28byte比較，小了許多。

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另外你可能會有疑問，為什麼packetA，packetB，packetC的size分別是8byte，4byte，12byte?

照理說不是應該是5byte，3byte，9byte嗎?

這就要講到struct的"自然對齊"(natural alignment)特性與"指定對齊":

一. natural alignment，是指按結構體的成員中size最大的成員對齊。

舉個例子：

struct natural_alignment

{

char a;

short b;

char c;

};

在上述struct中，size最大的是short，其長度為2byte，因而結構中的char成員a、c都以2為單位對齊，sizeof(natural_alignment)的結果等於6；

如果改為：

struct natural_alignment

{

char a;

int b;

char c;

};

其結果顯然為12。

二. 還有另外一種用法名為"指定對齊"

通常可以通過下面的方法來改變指定對齊的條件：

　　• 使用虛擬指令#pragma pack (n)，編譯器將按照n個位元組對齊；

　　• 使用虛擬指令#pragma pack ()，取消自定義位元組對齊方式

*如果#pragma pack (n)中指定的n大於結構體中最大成員的size，則沒有作用，結構體仍然按照size最大的成員進行對齊。

例如：

#pragma pack (n)

struct natural_alignment

{

char a;

int b;

char c;

};

#pragma pack ()

　　當n為4、8、16時，其對齊方式都一樣，sizeof(naturalalign)的結果都等於12。而當n為2時，sizeof(naturalalign)的結果為8。

在VC++ 6.0編譯器中，我們可以指定其對齊條件，其操作方式為依次選擇projetct > setting > C/C++功能表，在struct member alignment中指定你要的對齊條件。

另外，通過__attribute((aligned (n)))也可以讓所作用的結構體成員對齊在n位元組邊界上，但是它較少被使用。