Windows 64 位结构大小随包含的数据类型而变化？

Question

我有两个不同的数据结构，原则上它们应该具有相同的大小，我想知道为什么它们不一样。

struct pix1 { 
    unsigned char r; 
    unsigned char g;
    unsigned char b; 
    unsigned char a; 
    unsigned char y[2]; 
 }; 

struct pix2 { 
    unsigned char r; 
    unsigned char g;
    unsigned char b; 
    unsigned char a; 
    unsigned short y; 
 }; 

然后，我将其中四个像素组合在一起，如下所示：

struct pix4 {
    pix1 pixels[4]; // or pix2 pixels[4]
    unsigned char mask;
};

...但事实证明，这种分组的大小会根据 sizeof(pix4) 发生变化，具体取决于我使用的是 pix1 还是 pix2。单独的 sizeof(pix1) == sizeof(pix2)，所以我对为什么将四重像素分组会改变大小感到困惑。我很在意，因为用 short 编写程序比使用 2 个无符号字符更容易，但它每像素要花费我 0.25 个字节。

我不确定这个架构是否特定，因为我没有在其他类型的机器上测试过。可以对齐吗？这是我需要担心的事情，还是我可以继续进行简短的实施？

提前感谢您的帮助。

Answer 1

结构的大小相同，但对齐要求不同。

结构的对齐是其所有成员的最大对齐。所以pix1 有对齐1，因为它只有字符，但pix2 有来自短成员的对齐2。 pix4 的对齐然后从 pixels 成员中获取对齐，所以它在第一种情况下为 1，在第二种情况下为 2。

现在，为了确保数组的所有成员都正确对齐，结构的大小会向上舍入到其对齐的下一个倍数。在这两种情况下，pixels 的大小都是 24，但是有 1 个字节的mask。在第一种情况下，对齐是 1，所以 25 是它的倍数，sizeof(pix4) 是 25，但在第二种情况下，对齐是 2，所以 sizeof(pix4) 必须四舍五入到下一个偶数 26。

这在所有平台上都是一样的。

Answer 2

是的，它与对齐有关。编译器想要对齐natural boundaries 上的变量，因此short 将是16 位（2 字节）对齐的。因此包含 short 的结构也将在 16 位边界上对齐。

Answer 3

在 Linux 32 位上也有同样的效果。

出于对齐原因，它与填充有关。

如果您使用struct pix1，您只有字符，因此struct pix4 可以保持原样。但是如果你使用struct pix2，它会包含一个short。因此，整个结构必须对齐，即使在struct pix4 的数组中，每个元素也必须对齐以干净访问y。

更详细：具有 2 个元素的 strict pix4 数组的形状如下：

                +-----     [0]     -----+++-----    [1]     -----+
First version:  rgbayyrgbayyrgbayyrgbayyMrgbayyrgbayyrgbayyrgbayyM
Second version: rgbayyrgbayyrgbayyrgbayyM rgbayyrgbayyrgbayyrgbayyM
                ---------25--------------+ <- +1

为什么？因为---ed 部分是 25 个字节，是奇数。这对于第一个版本没有问题——第二个元素可以愉快地从一个奇数地址开始——但是对于第二个版本。 yy 必须始终位于偶数（对齐）地址上，因此 struct pix4 被设为 26 个字节。