C语言知识梳理——结构体内存对齐

首先，请计算一下该结构体的大小：

struct S
{
	char a;
	int b;
	char c[10];
	double d;
	char e;
	char f;
};

正确答案是：40

在计算结构体的大小时，如果只是简单的将结构体内的成员变量大小加总，那就是经典的错误，标准的0分。结构体大小的计算，不同于简单的单变量大小计算，其中涉及到内存对齐相关知识。

结构体内存对齐的规则如下：

1、第一个成员的位置在与结构体变量偏移量为0的地址处。
简言之，就是第一个成员变量无论是什么类型，都是放在这个结构体变量的初始地址处。

2、 其他成员变量要对齐到对齐数的整数倍地址处。
对齐数=min{编译器默认的对齐数，该成员的大小} ；
在VS环境下对齐数的默认值为8，将8与成员的大小比较取较小值作为最终对齐数；
在Linux环境下无默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小。

3、结构体总大小为最大对齐数（max{成员1，成员2……}）的整数倍。
此处的最大对齐数取所有成员变量最终对齐数的最大值。

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。
一个结构体内部还嵌套结构体的情形下，还需要考虑内部嵌套结构体的内部成员的最大对齐数，在计算整个结构体的大小时，需要将这一对齐数和结构体内其他成员对齐数相比，取最大对齐数的整数倍作为结构体的大小。

了解了计算规则后，就可以计算本文开头的结构体大小了。

struct S
{
	char a;//0
	int b;//4-7
	char c[10];//8-17  (对数组而言，对齐数看的是数组内部元素类型的大小)
	double d;//24-31
	char e;//32
	char f;//33
};//目前共占据0-33即34个字节，最大对齐数是8，结构体总大小是8的整数倍，因此最终答案是40

如果想要修改系统默认的对齐数，可以利用预处理指令:

#pragma package(对齐数)
括号里为空，则恢复默认值

从上述例题中不难发现，结构体对齐导致占用空间增大，为了能够在满足对齐的条件下节省空间，可以将占用空间小的放在一起，例如将上述结构体优化后：

struct S
{
	char a;//0
	char e;//1
	char f;//2
	int b;//4-7
	char c[10];//8-17
	double d;//24-31
};//此时占据0-31共32个字节，最大对齐数为8，结构体大小为8的整数倍32，空间节省了8个字节

结构体内存对齐是一种拿空间换取时间的做法：
例如32位的计算机，CPU一次能处理32bit的数据。以int类型为例，如果没有内存对齐，那么很可能一个int类型的数据需要两次才能处理完毕，但是内存对其之后，只需要一次就能处理完毕，提升了运行效率。

（注：本文基于VS2019，如有错误欢迎各位指正）