C语言程序设计 | 结构体内存对齐

c语言在计算自定义的结构体的内存时常常要考虑到结构体内存对齐，那么什么是结构体内存对齐呢？

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

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。

例如下列代码

struct  s1
{
    char  c1;   //默认对齐数：8  vs  变量C1所占字节数：1  ——>对齐数：1
    int   i;    //默认对齐数：8  vs  变量i所占字节数：4  ——>对齐数：4
    char  c2;   //默认对齐数：8  vs  变量c2所占字节数：1 ——>对齐数：1
}

//结构体所占大小为 12个字节
//结构体的最大对齐数：4

在内存中表示为：

因为在结构体s1中，第二个变量i的对齐数是4，所以变量i的存储的地址必须为四的倍数，导致第一个变量c1占完第一个字节后，后面三个字节没有被利用，而是到第四个字节处存储第二个变量i。

当我们调换变量顺序后，结构体占用内存的大小可能会发生变化，例如：

struct  s2
{
    char  c1;     //默认对齐数：8  vs  变量C1所占字节数：1  ——>对齐数：1
    char  c2;     //默认对齐数：8  vs  变量C2所占字节数：1  ——>对齐数：1
    int  i;       //默认对齐数：8  vs  变量i所占字节数：4  ——>对齐数：4
}

//结构体所占大小为 8个字节
//结构体最大对齐数：4

在内存中表示为：

因为第一个变量c1和第二个变量c2的对齐数都是1，所以第一个字节的位置和第二个字节的位置都是1的倍数，因此第一个字节和第二个字节用来存储第一个变量c1和第二个变量c2，而第三个变量i的对齐数是4，所以在第四个字节（4的倍数）的位置存储i。

同理，对于以下代码：

struct  s3
{
    double  d;    //默认对齐数：8  vs  变量d所占字节数：8  ——>对齐数：8
    char  c;      //默认对齐数：8  vs  变量c所占字节数：1  ——>对齐数：1
    int  i;       //默认对齐数：8  vs  变量i所占字节数：4  ——>对齐数：4
}

//结构体大小：16
//结构体最大对齐数：8

而对于嵌套的结构体来说：

struct  s4
{
    char  c1;         //默认对齐数：8  vs  变量c1所占字节数：1  ——>对齐数：1
    struct  S3 s3;    //默认对齐数：8  vs  变量s3所占字节数：8  ——>对齐数：8
    double  d;        //默认对齐数：8  vs  变量d所占字节数：8  ——>对齐数：8
}     

//结构体大小：32
//结构体最大对齐数：8

 

因为变量s3的对齐数是8，所以在第一个字节被变量c1使用后，跳过七个字节，在第八个字节的位置（8的倍数）存储s3。

以上就是关于c语言中结构体内存对齐的知识了，那么为什么结构体要内存对齐了，有以下三个方面的原因：

1. 不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的数据；

2. 某些硬件平台只能只在某些地址访问某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常，及遇到未对齐的边界直接就不进行读取数据了。

3. 为了代码的可移植性，和提升CPU访问内存的效率，所以结构体一定要内存对齐。

 结构体的内存对齐本质上来说是 以空间换时间 来提高结构体的高效性。