c++字节对齐内存问题 关于C++中由于字节对齐引起内存问题定位分析

最近遇到了一个奇怪的问题，在创建对象时程序异常退出，具体地，在构造函数中访问类中最后一个成员变量时，程序异常退出。

问题定位

查看代码，发现该类中有一个结构体数组，该结构体在类的外面声明，用 #pragma pack(push,1) 设置了一字节对齐方式，而类不在这个作用范围内，所以是按照默认字节对齐方式的。怀疑该问题是因为，类的字节对齐方式和类中的结构体字节方式不同引起的。但这从理论方面解释不通。

继续定位，在创建对象之前用sizeof打印类的大小，再在类的构造函数中打印类的大小。发现这两个大小居然不同。这证实了的确与字节对齐有关，创建对象之前和在构造函数中，两边选择的字节对齐方式不同，导致计算类的大小不同。

但是为什么这两个地方的字节对齐方式不同呢？

当把该类也使用 #pragma pack(push,1) 设置字节对齐方式之后，类的大小又变得相同了。大胆猜测，由于 #pragma pack(push, 1) 是一种栈的结构，可能有某个文件中，设置了字节对齐方式之后，没有用 #pragma pack(pop) 恢复。

查找全局文件，的确找到了一个文件存在这样的问题，当把 #pragma pack(pop) 后加上后，问题解决。

问题模型

我将这个问题简化成下面这样，可以帮助大家更好地理解。
CA.h，CA类的声明，模拟只push，没pop的文件

#ifndef CA_H
#define CA_H

#include <iostream>
using namespace std;

#pragma pack(push, 1)

class CA {
    int a;
    char b;
};

#endif

CB.h，CB类的声明。St结构体设置一字节对齐方式，CB类使用默认字节对齐方式。

#ifndef CB_H
#define CB_H

#include <iostream>
using namespace std;

#pragma pack(push,1)

struct St {
    int a1;
    int a2;
    int a3;
    char a4;
    char a5;
};

#pragma pack(pop)

class CB {
public:
    CB();
    int a1;
    int a2;
    int a3;
    char a4;
    char a5;
    St a6[10];
    bool a7;
};

#endif

CB.cpp，CB类的实现。

#include "CB.h"
#include <iostream>

using namespace std;

CB::CB()
{
    cout << "constructor: sizeof(CB) = ";
    cout << sizeof(CB) << endl;
}

main.cpp，用于创建CB对象

#include "CA.h"
#include "CB.h"
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    cout << "main: sizeof(CB) = ";
    cout << sizeof(CB) << endl;
    CB *pCB = new CB;
}

编译上述文件并执行，可以得到下面的结果：

main: sizeof(CB) = 155
constructor: sizeof(CB) = 156

可以看到，两处计算的类的大小是不同的。在main函数里，分配了155字节的空间，而在构造函数中却认为有156字节的空间，当访问最后一字节时，程序出现了踩内存。

问题分析

为什么main.cpp和CB.cpp认为CB的字节对齐方式不同呢？
这主要还是因为main.cpp包含了CA.h，CA.h在main.cpp中展开，CB.h也展开，CA.h中设置的一字节对齐方式，影响到了CB类的声明，当编译main.cpp时，CB使用一字节对齐方式。

而CB.h没有包含CA.h，当编译CB.cpp时，并没有受到CA.h的影响，CB使用默认字节对齐方式。