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，该对齐数是该成员大小和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，最大对齐数是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。
结构体的整体大小为所有最大对齐数（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;
}