C语言结构体内存对齐(计算结构体内存大小)

C语言结构体对齐也是老生常谈的话题了。基本上是面试题的必考题。内容虽然很基础，但一不小心就会弄错。写出一个struct，然后sizeof，你会不会经常对结果感到奇怪？sizeof的结果往往都比你声明的变量总长度要大，这是怎么回事呢？
开始学的时候，也被此类问题困扰很久。其实相关的文章很多，感觉说清楚的不多。结构体到底怎样对齐？

对齐原则

方法一

有人给对齐原则做过总结，具体在哪里看到现在已记不起来，这里引用一下前人的经验（在没有#pragma pack宏的情况下）：

原则1、数据成员对齐规则：结构（struct或联合union）的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小的整数倍开始（比如int在32位机为４字节，则要从4的整数倍地址开始存储）。

原则2、结构体作为成员：如果一个结构里有某些结构体成员，则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储。（struct a里存有struct b，b里有char，int，double等元素，那b应该从8的整数倍开始存储。）

原则3、收尾工作：结构体的总大小，也就是sizeof的结果，必须是其内部最大成员的整数倍，不足的要补齐。

方法二

linux 默认#pragma pack(4),
window 默认#pragma pack(8)。
pack的值越小，越节省内存，不过跑的就越慢。

#pragma pack(4)//设定为4字节对齐

取pack的值，和 结构体中最大的值 比较。
选择最小的值 为K，K的倍数为外对齐原则。
K和每一个成员的大小比较，取最小的值为内部对齐原则。
所谓对齐，就是 内存首地址 是这个数的 倍数。

举例

我们看下面几个例子，通过实例来加深理解。

例1：

struct {
    short a1;
    short a2;
    short a3;
}A;

struct{
    long a1;
    short a2;
}B;

sizeof(A) = 6; //这个很好理解，三个short都为2。
sizeof(B) = 8; //这个比是不是比预想的大2个字节？long为4，short为2，整个为8，因为原则3。

例2：

struct A{
    int a;
    char b;
    short c;
};

struct B{
    char b;
    int a;
    short c;
};

sizeof(A) = 8; //int为4，char为1，short为2，这里用到了原则1和原则3。
sizeof(B) = 12; //是否超出预想范围？char为1，int为4，short为2，怎么会是12？还是原则1和原则3。

深究一下，为什么是这样，我们可以看看内存里的布局情况。
(其中星号*表示填充的字节。)

A的内存布局：

a	b	c
1111	1*	11

B的内存布局：

b	a	c
1***	1111	11**

A中，b后面为何要补充一个字节？因为c为short，其起始位置要为2的倍数，就是原则1。c的后面没有补充，因为b和c正好占用4个字节，整个A占用空间为4的倍数，也就是最大成员int类型的倍数，所以不用补充。

B中，b是char为1，b后面补充了3个字节，因为a是int为4，根据原则1，起始位置要为4的倍数，所以b后面要补充3个字节。c后面补充两个字节，根据原则3，整个B占用空间要为4的倍数，c后面不补充，整个B的空间为10，不符，所以要补充2个字节。

再看一个结构中含有结构成员的例子：
例3：

struct A{
    int a;
    double b;
    float c;
};
struct B{
    char e[2];
    int f;
    double g;
    short h;
    struct A i;
};
sizeof(A) = 24; //这个比较好理解，int为4，double为8，float为4，总长为8的倍数，补齐，所以整个A为24。
sizeof(B) = 48; 

B的内存布局：

e	f	g	h	i
11**	1111	11111111	11******	1111**** 11111111 1111****

i其实就是A的内存布局。i的起始位置要为8的倍数(原则二)，所以h后面要补齐。把B的内存布局弄清楚，有关结构体的对齐方式基本就算掌握了。
以上讲的都是没有#pragma pack宏的情况，如果有#pragma pack宏，对齐方式按照宏的定义来。比如上面的结构体前加#pragma pack(1)，内存的布局就会完全改变。sizeof(A) = 16; sizeof(B) = 32;

有了#pragma pack(1)，内存不会再遵循原则1和原则3了，按1字节对齐。没错，这不是理想中的没有内存对齐的世界吗。

A的内存布局：

a	b	c
1111	11111111	1111

B的内存布局：

e	f	g	h	i
11	1111	11111111	11	1111 11111111 1111

那#pragma pack(2)的结果又是多少呢？#pragma pack(4)呢？可以参考 对齐原则-方法二 的讲述，自己测试一下。