【C语言】—— 结构体内存对齐

一、存在内存对齐的原因

1、平台原因
不是所有硬件平台都能够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（主要原因）
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。

这里我们举个例子说明一下

注：内存对齐是以空间换时间的做法

二、内存对齐的规则

1、结构体的第一个变量必须放在结构体空间起始位置偏移量为0的地址处。
2、结构体的其余变量必须放在某个对齐数整数倍处。
3、这个对齐数是结构体变量的大小与默认对齐数的较小值。
4、默认对齐数：VS下的默认对齐数是：8
Linux gcc编译器下的默认对齐数是：4
5、结构体的总大小必须是所有结构体变量对齐数的最大值的整数倍。
6、 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结构体变量对齐数中最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

三、结构体大小的计算

下面我们来看几个练习，深入了解一下结构体内存对齐的规则

//练习1
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
//练习2
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8

	return 0;
}

在计算结构体大小之前，先在这里介绍一个宏offsetof，用于计算结构体变量在结构体空间起始位置的偏移量，使用格式为

size_t offsetof( structName, memberName );

再来看两个稍微复杂一点的练习

struct S3
{
	double d;//大小：8，默认对齐数：8 对齐数：8 所占空间：0-7
	char c;//大小：1 默认对齐数：8 对齐数：1 所占空间：8-8
	int i;//大小：4 默认对齐数：8 对齐数：4 所占空间：12-15
};//总空间大小：0-15 共16字节
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
	char c1;//大小：1 默认对齐数：8 对齐数：1 所占空间：0
	struct S3 s3;//大小：16 默认对齐数：8 对齐数：8 所占空间：8-23
	double d;//大小：8 默认对齐数：8 所占空间：24-31
};//总空间大小：0-31 共32个字节
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));//16
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));//32
	
	return 0;
}

四、修改默认对齐数

实现方法

其实很简单，只需要使用预处理命令#pragma pack()，将你想改的对齐数写在括号中即可，修改默认对齐数。

看看代码实现

//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1
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;
}