struct（结构体）对齐规则

1.字节对齐的基本概念

现代计算机中内存空间都是按照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类型变量的时候经常在特 定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。
对齐的作用和原因：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。比如有些架构的CPU在访问 一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误,那么在这种架构下编程必须保证字节对齐.其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对 数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那 么一个读周期就可以读出这32bit，而如果存放在奇地址开始的地方，就需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数 据。显然在读取效率上下降很多。

2.字节对齐规则

先来看一个简单的例子

struct DATA
{
	short flag;
	int   data;
};
printf("DATA sizeof:%d\n", sizeof(DATA));

上面的输入会是多少呢？这里的输出是size=8,亲们可以复制代码测试看输出是多少。那么问题来了，为什么这个结构的大小不是short（2字节）+int（4字节）=6字节呢？请看下面的对齐规则你便明白了。
(1).数据类型自身的对齐值：
对于char型数据，其自身对齐值为1，对于short型为2，对于int,float,double类型，其自身对齐值为4，单位字节。

(2).结构体的自身对齐值：
其成员中自身对齐值最大的那个值（默认）。

(3).指定对齐值（这个对齐的值是可以人为控制的）：

#pragma pack(value) 	// 作用：C编译器将按照n个字节对齐。
#pragma pack()			// 作用：取消自定义字节对齐方式。
//或者
#pragma pack(push, value)	// 作用：是指把原来对齐方式设置压栈，并设新的对齐方式设置为1个字节对齐
#pragma pack(pop)           // 作用：恢复对齐状态
// 此时就使用指定对齐值 value。
// 两者区别：加入push和pop可以使对齐恢复到原来状态，而不是编译器默认；
//         可以说后者更优，但是很多时候两者差别不大。

(4).数据成员、结构体的有效对齐值：
自身对齐值和指定对齐值中取最小的那个值作为对齐值。

在倒回去看例子，结构体DATA的对齐取的是4（int 4字节较大），所以前面的short就变成了占4个字节空间，所以sizeof(DATA)输出的是8了。
为什么short就变成占4字节空间了？刚开始也不太明白为什么short就变成占4字节空间了。继续看完下面的实践便明白了。

3.实践出真知（加大难度）

struct DATA1
{
	short 	flag1;
	int	  	data;
	short 	flag2;
};

struct DATA2
{
	short 	flag1;
	short 	flag2;
	int     data;
};

printf("DATA1 size:%d\n", sizeof(DATA1));
printf("DATA2 size:%d\n", sizeof(DATA2));

运行上面的程序，结果将是：

DATA1 size:12
DATA2 size:8

为什么会出现这样的结果呢？分析：
首先，两个结构体取的对齐数是4（int 4字节较大），在结构体DATA1进行存放时，假设是从地址0x00开始存放的，flag1(short)存放在在0x00-0x01里面，在前四个字节里面还剩下两个字节；紧接着是data(int)，data(int)是四个字节，剩下的两个字节不够装data了。所以data(int)就新开了四个字节存放，所以他的地址就是0x04-0x07；最后是flag2(short)，由于它只有两个字节，即0x08-0x09，他为了满足四字节对齐，所以它也空了两个字节。最终DATA1的内存为0x00-0x11；所以sizeof(DATA1)=12。
我们在来看DATA2，flag1(short)存放在0x00-0x01里面，前四个字节里面还剩下两个字节，紧接着是flag2(short)，flag2(short)是两个个字节，前两剩下的两个字节正好存放下，存放在0x02-0x03，所以前四个字节将flag1和flag2存放好了；最后是data(int)，data在紧接着的四个字节里存放，即0x04-0x07，所以最终DATA2的内存为0x00-0x07；所以sizeof(DATA2)=8。

如何让结构体DATA1也变为8字节呢？那就是人为控制字节对齐数。
将上面的结构体改为如下

#pragma pack(push, 2)
struct DATA1
{
	short 	flag1;
	int	  	data;
	short 	flag2;
};
#pragma pack(pop)

struct DATA2
{
	short 	flag1;
	short 	flag2;
	int     data;
};

printf("DATA1 size:%d\n", sizeof(DATA1));
printf("DATA2 size:%d\n", sizeof(DATA2));

修改后的输出为:

DATA1 size:8
DATA2 size:8

如上，我们便将DATA1的字节对齐数设置为2，这边便控制了DATA1的的字节数为8；可以在字节对齐数为2的基础上在此分析其构成，我这里就不在阐述了。

补充

结构体中，还有一个操作叫做位域，举例：

struct A
{
	char  a : 2;
	short b : 3;
	int   c : 4;
};

在结构体A中，a的8位只有2位有效，b的16位只有3为有效，c的32位只有4位有效。
注意：位域必须存储在同种数据类型所占的字节中，不能跨两个同种数据类型所占的字节数。也就是说，后面的数字不能大于前面类型的位数。
位域不会影响 sizeof() 的规则