面试题：C语言中修改结构体对齐方式及应用

Question

1. 已知在C语言中可以通过 `#pragma pack(n)` 指令来指定结构体的对齐方式（`n` 为对齐字节数）。现有结构体定义如下： ```c struct { char a; double b; int c; } data; ``` 请分别计算当 `#pragma pack(1)`、`#pragma pack(4)` 和 `#pragma pack(8)` 时，`sizeof(data)` 的值，并解释结果差异的原因。 2. 请举例说明在什么场景下，手动修改结构体对齐方式是有必要的？

Answer 1

1. • #pragma pack(1)时：
     • sizeof(data)的值为13。
     • 原因：#pragma pack(1)指定按1字节对齐。char a占1字节，double b占8字节，int c占4字节。由于按1字节对齐，各成员紧密排列，总大小为1 + 8 + 4 = 13字节。
   • #pragma pack(4)时：
     • sizeof(data)的值为16。
     • 原因：#pragma pack(4)指定按4字节对齐。char a占1字节，为满足4字节对齐，在a后填充3字节，double b占8字节（8是4的倍数，无需填充），int c占4字节。总大小为(1 + 3) + 8 + 4 = 16字节。
   • #pragma pack(8)时：
     • sizeof(data)的值为24。
     • 原因：#pragma pack(8)指定按8字节对齐。char a占1字节，为满足8字节对齐，在a后填充7字节，double b占8字节（8是8的倍数，无需填充），int c占4字节，为满足8字节对齐，在c后填充4字节。总大小为(1 + 7) + 8 + (4 + 4) = 24字节。
2. 手动修改结构体对齐方式有必要的场景举例：
   • 网络通信：在网络传输数据时，不同系统的默认结构体对齐方式可能不同。为了确保数据在不同系统间准确传输，需要手动设置结构体对齐方式，使其在发送端和接收端保持一致。例如，在客户端和服务器端通信时，统一结构体对齐方式可以避免数据解析错误。
   • 与硬件交互：当与特定硬件设备进行数据交互时，硬件可能对数据的存储格式有特定要求。例如，某些硬件设备可能要求数据按特定字节数对齐才能正确读写。通过手动修改结构体对齐方式，可以使程序与硬件设备更好地兼容。