【C语言】__attribute__((packed))与#pragma pack

1、简介

在 C 语言中，自动对齐是指编译器会根据不同的数据类型自动调整它们在内存中的位置，确保它们按照特定的字节边界存储。这种做法可以让处理器更高效地读取和存储数据。

举个例子，像 int 这样的 4 字节数据通常会被对齐到 4 字节的边界上。如果前面有一个较小的数据类型，比如 1 字节的 char，编译器可能会在它后面插入一些填充字节，让接下来的 int 保持在 4 字节边界上。虽然这样可以加快处理器的访问速度，但同时也会增加结构体的总大小，浪费一些内存。

2、自动对齐

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>typedef struct 
{uint32_t field1;  // 4 字节uint8_t field2;   // 1 字节
} struct_type1;typedef struct 
{uint16_t field3;  // 2 字节uint8_t field4;   // 1 字节
} struct_type2;int main(void)
{printf("struct_type1 sizeof: %lu bytes\n", sizeof(struct_type1));printf("struct_type2 sizeof: %lu bytes\n", sizeof(struct_type2));return 0;
}

struct_type1：结构体 struct_type1 的第一个成员是 uint32_t 类型，它占用 4 字节。因此，系统会按照 4 字节的对齐规则为结构体对齐，uint8_t field2 后会有 3 个填充字节，最终 struct_type1 的总大小为 8 字节。
struct_type2：结构体 struct_type2 的第一个成员是 uint16_t 类型，它占用 2 字节。系统将按照 2 字节的对齐规则对结构体对齐，最终 struct_type2 的大小为 4 字节。

3、取消自动对齐

如果我们不希望结构体成员被系统自动对齐，我们可以使用 __attribute__((packed)) 关键字。这会取消编译器的自动对齐行为，紧密排列结构体的成员，从而减少结构体的内存占用。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>typedef struct 
{uint32_t field1;  // 4 字节uint8_t field2;   // 1 字节
} __attribute__((packed)) packed_struct1;typedef struct 
{uint16_t field3;  // 2 字节uint8_t field4;   // 1 字节
} __attribute__((packed)) packed_struct2;int main(void)
{printf("packed_struct1 sizeof: %lu bytes\n", sizeof(packed_struct1));printf("packed_struct2 sizeof: %lu bytes\n", sizeof(packed_struct2));return 0;
}

packed_struct1：由于使用了 __attribute__((packed))，结构体成员会紧密排列，不插入任何填充字节，最终 packed_struct1 的大小为 5 字节。
packed_struct2：同样使用了 __attribute__((packed))，结构体成员紧密排列，大小为 3 字节。

4、#pragma pack()

除了 __attribute__((packed)) 之外，还有一种更灵活的方式可以控制结构体的对齐方式，那就是使用 #pragma pack 指令。通过 #pragma pack(1)，我们可以指定接下来定义的所有结构体都取消自动对齐，直到遇到新的 #pragma pack() 指令为止。这样可以在需要多个结构体取消自动对齐的场景下简化代码。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>#pragma pack()  // 恢复默认对齐
typedef struct {uint32_t fieldA;  // 4 字节uint8_t fieldB;   // 1 字节
} structA;#pragma pack(1)  // 强制 1 字节对齐
typedef struct {uint32_t fieldC;  // 4 字节uint8_t fieldD;   // 1 字节
} structB;typedef struct {uint32_t fieldE;  // 4 字节uint8_t fieldF;   // 1 字节
} structC;#pragma pack()  // 恢复默认对齐
typedef struct {uint32_t fieldG;  // 4 字节uint8_t fieldH;   // 1 字节
} structD;int main(void)
{printf("sizeof structA: %lu bytes\n", sizeof(structA));printf("sizeof structB: %lu bytes\n", sizeof(structB));printf("sizeof structC: %lu bytes\n", sizeof(structC));printf("sizeof structD: %lu bytes\n", sizeof(structD));return 0;
}