C语言：结构体——关于内存字节对齐图文详解

前言：

我们在学到c语言内存管理的时候总是一遍惊叹，其聪明的内存管理策略，一遍抱怨其难以理解的方法，网上的资料要不讲究的太详细，要不没能讲解清楚，今天我们根据实例来学习一下基于32位操作系统的的C语言：内存字节对齐

tip:在32位编译模式下，默认以4字节对齐；在64位编译模式下，默认以8字节对齐。

目录

1. 什么是对齐？

2. 计算机为什么要对齐？

 3.我们直接上代码

案例一

 案例二

对齐规律 

名词解释：

对齐有两个规则：

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1. 什么是对齐？

　　现代计算机中内存空间都是按照字节（byte）划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序地一个接一个地排放，这就是对齐。

2. 计算机为什么要对齐？

　　各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取，其他平台可能没有这种情况。但是如果不按照适合其平台的要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。

例如一个 int 类型的数据，如果地址为 8，那么很好办，对编号为 8 的内存寻址一次就可以。如果编号为 10，就比较麻烦，CPU需要先对编号为 8 的内存寻址，读取4个字节，得到该数据的前半部分，然后再对编号为 12 的内存寻址，读取4个字节，得到该数据的后半部分，再将这两部分拼接起来，才能取得数据的值。

将一个数据尽量放在一个步长之内，避免跨步长存储，这称为内存对齐。在32位编译模式下，默认以4字节对齐；在64位编译模式下，默认以8字节对齐。

 3.我们直接上代码

案例一

#include 

void main(){

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

    printf( "size of struct A = %d \n", sizeof(struct A) );

}

输出结果为：8字节。

我们来看图

第一步：

首先自身对齐值最大(也就是int型)是4  32位操作系统的对齐值也是4，所以有效对齐值就是4

第二步：

满足存放成员的起始地址必须是该成员有效对齐值的整数倍

a是char型数据，占用1字节内存；short型数据，占用2字节内存；int型数据，占用4字节内存。因此，结构体A的自身对齐值为4。于是，a和b要组成4个字节，以便与c的4个字节对齐。而a只有1个字节，a与b之间便空了一个字节。我们知道，结构体类型数据是按顺序存储结构一个接一个向后排列的

 案例二

#include 

void main(){

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

    printf( "size of struct A = %d \n", sizeof(struct A) );

}

输出结果为：12字节。

我们来看图

第一步：

自身对齐值最大(也就是int型)是4  32位操作系统的对齐值也是4，所以有效对齐值就是4

第二步：

满足存放成员的起始地址必须是该成员有效对齐值的整数倍

b是short型数据，占用2字节内存；chart型数据，占用1字节内存；int型数据，占用4字节内存。因此，结构体A的自身对齐值为4。于是，b一个数据占4字节(原本是两个字节)，c一个数据占4字节,a一个数据占4字节（原本一个字节）

类比成这样子（对齐的样子）

对齐规律 

名词解释：

这里引入四个概念

数据类型自身的对齐值，

指定对齐值，

结构体或者类的自身对齐值，

数据成员、结构体和类的有效对齐值

　　1）数据类型自身的对齐值：就是基本数据类型的自身对齐值，比如char类型的自身对齐值为1字节，int类型的自身对齐值为4字节。

　　2）指定对齐值：预编译命令#pragma pack （value）指定的对齐值value。

　　3）结构体或者类的自身对齐值：其成员中自身对齐值最大的那个值，比如以上的struct A的对齐值为4。

　　4）数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中较小的那个值。

对齐有两个规则：

1、首先 结构体的自身对齐值和操作系统的对齐值相比，取小的那个就是有效对齐值

比如下面这个 结构体的自身对齐值是4 操作系统的对齐值也是4，所以有效对齐值就是4   

#include 

void main(){

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

    printf( "size of struct A = %d \n", sizeof(struct A) );

}

2、满足存放成员的起始地址必须是该成员有效对齐值的整数倍。

通俗来说就是每一个数据类型和有效对齐值相比                 取大的那个值就是最后的有效对齐值

#include 

void main(){

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

    printf( "size of struct A = %d \n", sizeof(struct A) );

}

还是上面的代码，b为short型（1字节）和有效对齐值（4字节）相比取大的值就是4字节