结构体内存对齐

1. 如何计算结构体的大小

让我们先来看看下面几个问题：

//练习1
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
//printf("%d\n", sizeof(struct S1));

//练习2
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
//printf("%d\n", sizeof(struct S2));

//练习3
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
//printf("%d\n", sizeof(struct S3));

//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
//printf("%d\n", sizeof(struct S4));

想要计算结构体大小，必须先掌握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 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。 VS中默认的值为8, Linux中的默认值为4。
3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）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的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。

第一题：

c1先存入0地址处，i的对齐数为4（int 为4， 默认为8，取小），在变量偏移为0的地址处存入（即4处），c2对齐数为1，在8处存入，共消耗9个地址；结构体总大小为最大对齐数（4）的整数倍，即12。

第二题：

c1存入0地址处，c2对齐数为1（char为1，默认8，取小），在变量偏移为0的地址处存入（即1处），i的对齐数为4（int为4，默认8，取小），在变量偏移为0的地址处存入（即4处），共消耗8个地址；结构体总大小为最大对齐数（4）的整数倍，即8。

第三题：

d存入0地址处，c对齐数为1，存入8处，i对齐数为4，存入12处，共消耗16地址；结构体总大小为最大对齐数（4）的整数倍，即16。

第四题：

c1存入0地址处，S3对齐到其最大对齐数的整数倍处（即8处），依次对齐d、c、i、d，消耗32个地址，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（即8）的整数倍，32恰好是8的整数倍，所以为32。

2. 为什么存在内存对齐

大部分的参考资料是这样说的：

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，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。

总体来说：

结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到：
让占用空间小的成员尽量集中在一起。

//例如：
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i; 
};

S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。

3. 修改默认对齐数

#include 
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认


#pragma pack(1)//设置默认对齐数为
struct S2
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
	//输出的结果是什么？
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));           //12
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));           //6
	return 0;
}

结论：

结构在对齐方式不合适的时候，那么可以自己更改默认对齐数。

4. 联合(共用体)大小的计算

联合的大小至少是最大成员的大小。
当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候，就要对齐到最大对齐数的整数倍。

union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};
union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};
//下面输出的结果是什么？

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));			// 8
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));			// 16

	return 0;
}