结构体内存对齐

结构体内存对齐

先来看几个例题：

例1：
struct S1
{
    char C1;
    int i;
    char C2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));

解析：

char 为1个字节， int 为4个字节；
char c1 从0偏移开始，占用一个字节；现在可用偏移为1偏移，接下来存放 int i ，1不是对齐数4 的整数倍，所以向后继续偏移一直到4，4是对齐数4的整数倍，所以将int i 存放在偏移地址为4处，占用4个字节；现在可用偏移变成8，存放 char c2 ，占一个字节，现处于9偏移。9不是最大对齐数4的整数倍，所以向后继续偏移直到偏移处为12的地方。如下图所示：

所以，该结构体的大小为 1+3+4+1=9+3=12

例2：
struct S2
{
    double d;
    char c;
    int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

解析：

double 占8个字节， char 占一个字节，int 占4个字节；
double d 从0处开始偏移，占用8个字节；现在可用偏移为8偏移，接下来存放 char c ，8是对齐数1的倍数，所以char c 存放在偏移地址为8处，占用一个字节；现在可用偏移变成9，接下来存放 int i ，9不是对齐数4的倍数，所以继续向后偏移到12，12是对齐数4的倍数，所以将 int i 存放在偏移地址为12处，占用4个字节，现处于16偏移，是最大对齐数8的倍数。如下图所示：

所以，结构体的大小为 8+1+3+4=16

例3：结构体嵌套问题

struct S3
{
    char c1;
    struct S2 s2;
    double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

解析：

char 占一个字节，struct S2 s2 为例2 的结构体，占16个字节，double 占8个字节；
char c1 从0处开始偏移，占用一个字节；现在可用偏移为1偏移；接下来存放struct S2 s2 ，1不是对齐数8的整数倍，所以继续向后偏移到8，8是对齐数8 的倍数，所以将结构体s2存放到8偏移处，占用16个字节；现在可用偏移为8+16=24，24是对齐数8的整数倍，所以将 double d 存放到当前的24偏移处，占用8个字节，现处于24+8=32偏移处，32是最大对齐数8的整数倍。如下图所示：

所以，结构体的大小为 1+7+16+8=32

结构体内存对齐规则：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。

   对齐数 = min（编译器默认的一个对齐数 ，该成员大小）
   VS 中默认的值为 8
   Linux 中默认的值为 4

3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量除了第一个成员，都有一个对齐数）的整数倍。

4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。
5. 结构体的对齐数为结构体当中所有对齐数中的最大对齐数。

为什么存在内存对齐？

1. 平台原因（移植原因）：
   不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
2. 性能原因：
   数据结构（尤其是栈）应该尽可能地在自然边界上对齐。
   原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要做两次内存访问；而对齐的内存访问仅需一次访问。

总的来讲：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。