Esto se debe a una decisión que toma el compilador a la hora de generar el tipo de manera que coincida con múltiplos del tamaño de la palabra de procesador.
Palabra de procesador.
La palabra de procesador1 indica, a grandes rasgos, cuántos bits puede procesar un procesador en una sola operación. Como analogía podemos imaginar un polígrafo, cuantas más agujas tiene más rayas puede dibujar a la vez:
La palabra de procesador también nos indica el tamaño de los datos que pueden viajar a través del bus en cada ciclo; por ejemplo: Un procesador de 16 bits tardará dos ciclos de bus en enviar un entero de 32 bits.
Alineación en memoria.
Dado que int
en tu sistema parece ocupar 4 bytes, tu palabra de procesador seguramente sea de 32 bits. ¿Cuál es el tamaño en bits de la estructura datos
?
| <----------------- datos 13 * 8 = 104 bits ------------------> |
|char| int | long |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
El tamaño deberían ser 13 bytes (104 bits), siendo la palabra de procesador 32 bits, obtenemos que la estructura datos
ocupa 3,25 palabras de procesador; esto supone que para leer una instancia de la estructura necesitaremos 4 lecturas de las cuales, en la última ignoraremos los 3 últimos bytes leídos.
Si tras esta instancia de datos
de 104 bits almacenamos otra, su dirección de memoria estaría desalineada 1 byte respecto a los múltiplos de la palabra de procesador, igualmente deberá realizar 4 lecturas pero después de leer tendrá que alinear los datos descartando el primer byte y después desplazando los datos un byte a la izquierda2.
Para evitar este trabajo de más, los objetos se crean de manera que ocupen múltiplos de la palabra de procesador, así que la estructura datos
en realidad tiene este aspecto en memoria:
| <------------ datos 13 * 8 bits + "relleno" 3 * 8 bits = 128 bits -----------> |
| char | int | long |
| 1 | re |lle | no | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
En total la estructura acaba ocupando 16 bytes, que son los 13 originales mas los 3 de relleno para hacer que su tamaño sea múltiplo de la palabra de procesador (4 bytes).
¿Cómo se que el relleno está entre datos::c
y datos::i
? Porque también se está alineando la información en el interior de la estructura datos
; sin la alineación datos::i
estaría a caballo entre dos palabras de procesador y requeriría dos lecturas (y re-alineación) para ser leído. También porque podemos comprobar la dirección de cada elemento, con este código:
struct datos
{
char c;
int i;
long l;
};
#define DISTANCIA(x, y) #x << " - " << #y << " = " << ((long long)((void*)&x) - (long long)((void*)&y))
int main()
{
datos d;
std::cout
<< DISTANCIA(d.c, d) << '\n'
<< DISTANCIA(d.i, d) << '\n'
<< DISTANCIA(d.l, d) << '\n';
return 0;
}
Obtenemos la siguiente salida:
d.c - d = 0
d.i - d = 4
d.l - d = 8
Que nos demuestra que entre cada dato de la estructura datos
hay una distancia de 4 bytes.
Alinear a mi gusto.
Si por algún motivo quieres evitar que el compilador decida el tamaño de tus estructuras (puede que las estés serializando) puedes usar el atributo __attribute__((packed))
de GCC y CLang o #pragma pack(1)
en MSVC.
MSVC
#pragma pack(1)
struct datos
{
char c;
int i;
long l;
};
GCC
/
CLang
struct datos
{
char c;
int i;
long l;
}__attribute__((packed));
Con estos cambios, el siguiente código:
#define SO(x) #x << " = " << x
#define DISTANCIA(x, y) #x << " - " << #y << " = " << ((long long)((void*)&x) - (long long)((void*)&y))
int main()
{
datos d;
std::cout
<< SO(sizeof(d)) << '\n'
<< SO(sizeof(d.c)) << '\n'
<< SO(sizeof(d.i)) << '\n'
<< SO(sizeof(d.l)) << '\n'
<< SO(sizeof(char) + sizeof(int) + sizeof(long)) << '\n';
std::cout
<< DISTANCIA(d.c, d) << '\n'
<< DISTANCIA(d.i, d) << '\n'
<< DISTANCIA(d.l, d) << '\n';
return 0;
}
Produce la siguiente salida:
sizeof(d) = 13
sizeof(d.c) = 1
sizeof(d.i) = 4
sizeof(d.l) = 8
sizeof(char) + sizeof(int) + sizeof(long) = 13
d.c - d = 0
d.i - d = 1
d.l - d = 5
En que vemos que el tamaño de la estructura datos
ha pasado a 13 y la distancia entre datos::c
y datos::i
es de 1 byte (el tamaño de datos::c
).
1No tiene nada de bíblico.
2Esto es conceptualmente, el procesador puede leer la memoria de otra manera.