C结构体内存对齐

一.结构体内存为什么要对齐?

  1. 平台限制:某些硬件平台对于访问非对齐内存的操作是不允许的,如果结构体成员没有正确对齐,可能会导致硬件错误或异常行为。
  2. 性能优化:如果结构体成员对齐,可以使得 CPU 以最佳方式访问内存,提高访问速度。CPU 通常会以缓存行(Cache Line)为基本单位进行数据加载操作,如果结构体成员未对齐,可能会跨越多个缓存行,增加了内存访问的开销。
  3. 内存空间利用:结构体对齐可以避免内存空洞(Padding),也就是在结构体成员之间填充额外的字节。通过对齐,可以最大程度地减少内存浪费。

二.结构体内存对齐规则:


1. 结构体的第一个成员的偏移量为0。
2. 第二个成员开始的每个成员都要对齐到某个对齐数的整数倍处该对齐数该成员大小默认对齐数的较小值。默认对齐参数可以通过  #pragma pack(要修改的默认对齐数)  修改
3. 结构体的总大小必须是最大对齐数的整数倍最大对齐数所有成员的对齐数中最大的值。
4. 如果结构体中嵌套了其他结构体,嵌套的结构体要对齐到自己的最大对齐数的整数倍处。
结构体的整体大小所有最大对齐数(包括嵌套结构体的对齐数)的整数倍。

知道了规则,下面我们通过代码来举几个例子:

#include
#include

struct S1
{
    char c1;//对齐数1 默认对齐数8  得到1 字节 
    int i;      //对齐数4  默认对齐数8 得到4 字节(因第二条规则)还得在前面补3个空字节
    char c2;//对齐数1  默认对齐数8 得到1字节 (因第三条规则)要保证是4的整数倍所以得补3个                                                                                                        空字节
};整个加起来就是12字节

struct S2
{
    int i;      //对齐数4 默认对齐数8  得到4 字节 
    char c1;//对齐数1 默认对齐数8  得到1 字节 (自己的整数倍就是1)
    char c2;//对齐数1 默认对齐数8  得到1 字节(因第三条规则)要保证是4的整数倍所以得补3个                                                                                                        空字节
};整个加起来就是8字节

struct S3
{
    double d; //对齐数8 默认对齐数8  得到8字节 
    char c;    //对齐数1 默认对齐数8  得到1 字节 (自己的整数倍就是1)
    int i;        //对齐数4 默认对齐数8  得到4 字节(因第三条规则)要保证是8的整数倍所以得补3个                                                                                                        空字节
};整个加起来就是16字节

struct S4
{
    char c1;       //对齐数1 默认对齐数8  得到1 字节
    struct S3 ss;//对齐数16 默认对齐数8  得到16字节(因第四条规则)要对齐到自己的最大对齐数的                                                                                                            整数倍处,因ss的最大对齐数                                                                                                            是8所得在前面补7个字节
    double d;      //对齐数8 默认对齐数8  得到8字节(也满足第四条规则)
};整个加起来就是32字节

int main()
{

//结构体内存对齐
printf("%d\n",sizeof(struct S1));
printf("%d\n",sizeof(struct S2));

//offsetof(类型,成员)可以计算结构体成员相较于结构体起始位置的偏移量
printf("%d\n",offsetof(struct S1,c1));
printf("%d\n",offsetof(struct S1,i));
printf("%d\n",offsetof(struct S1,c2));
printf("------------------------\n");
printf("%d\n",offsetof(struct S2,i));
printf("%d\n",offsetof(struct S2,c1));
printf("%d\n",offsetof(struct S2,c2));  

printf("S4=%d\n", sizeof(struct  S4));

 return 0;
}

C结构体内存对齐_第1张图片

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