[C++] 구조체 패딩

구조체 패딩

구조체 멤버변수들을 메모리에서 CPU로 읽을 각 시스템의 워드(word) 경계에서 읽어오는 것이 효율적이기 때문에 컴파일러가 (성능상의 이유로)레지스터의 블록에 맞춰 최적화 하는 작업이다.

#include <iostream>
using namespace std;
 
struct Ex1
{
    // int = 4byte, double = 8byte
    int x, y, z;
    double d;
    int f;
};
 
struct Ex2
{
    int x, y, z, f;
    double d;
};
 
int main()
{
    cout << sizeof(Ex1) << endl;    // 32
    cout << sizeof(Ex2) << endl;    // 24
 
    return 0;
}

실행 결과

 

위 코드에서 Ex1, Ex2 는 들어있는 정보량이 같은데 각 구조체별 사이즈를 찍어보면 Ex1은 32바이트, Ex2는 24바이트가 나오게 된다.

위와같은 현상이 나타나는 이유는 바로 패딩(Padding) 때문이다.CPU가 메모리에 접근해서 읽을때 1워드 단위로 읽게 된다. 32비트의 경우 4 바이트, 64비트의 경우 8 바이트를 읽게 된다. 그리고 이렇게 읽는 방식때문에 구조가 달라지게 된다.

 

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1 2 3 4 5

struct Ex {     char a, b;     int x; };

cs

 

예시로 이런 구조체가 있다고 하면 실제 정보는 6 바이트지만 메모리에는 8바이트를 차지하게 된다.

각 칸을 1바이트라고 하면 위에처럼 담긴다고 생각하지만

이렇게 들어간다. 이는 컴파일러가 자동적으로 패딩을 넣어주는 경우로 CPU가 읽기 쉽게 1워드(4바이트) 단위로 정보를 주는 것이다.

 

그런데 위치를 바꾸게 되면,

struct Ex {
    char a;
    int x;
    char b;
};

 

이러면 무려 12바이트를 차지하게 된다. 1워드에 char 하나, 다음 워드에 int, 다음 워드에 char 하나 들어가는 것이다.

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패딩을 줄일 수 있는 법

1. 맴버변수를 재배열

 

[기존 구조체]

typedef struct {
    unsigned int   id;       // 4bytes
    info_t        info;     // 24bytes
    unsigned short height;    // 2bytes
    float         weight;   // 4bytes
    unsigned short age;      // 2bytes
} data_t;

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[바이트에 맞게 재배열한 구조체]

typedef struct {
    unsigned int   id;       // 4bytes
    info_t        info;     // 24bytes
    unsigned short height;    // 2bytes
    unsigned short age;      // 2bytes
    float         weight;   // 4bytes  
} data_t;

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2. "#pragma pack"을 사용

#pragma pack(push, 1)
typedef struct {
    unsigned int   id;       // 4bytes
    info_t        info;     // 24bytes
    unsigned short height;    // 2bytes
    float         weight;   // 4bytes
    unsigned short age;      // 2bytes
} data_t;
#pragma pack(pop)
/*--사이즈--*/
sizeof(data_t) = 36

 

➡️ #pragma pack을 사용하면 패딩없이 36의 크기로 메모리가 잡힌다.

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3. 패딩을 명시적으로 삽입

어쩔 수없이 패딩이 생길 거라면 구조체에 패딩을 명시적으로 넣는 것이 좋다.

typedef struct {
    unsigned int   id;
    info_t        info;
    unsigned short height;
    char         unused[2];  //패딩을 명시적으로 삽입
    float         weight;
} data_t;

 

[assert()를 사용한 구조체 크기를 확인]

#include <assert.h>
 
assert(sizeof(data_t) == 36);

 

디버그모드에서 assert함수로 패딩을 잡아낼 수 있다.

특히, 바이트 단위로 저장해서 다른 실행파일과 공유를 해야할 때 위와같이 구조체의 크기를 체크하는 것이 좋다.

 

 

 

출처 및 참고 : https://husk321.tistory.com/265