结构体—内存对齐

@ 结构体内存对齐
@ 结构体大小计算
@ 练习题
@ 为什么存在内存对齐?
@ 修改默认对齐数

1.1 结构体内存对齐

如果你对结构体的基本用法已经掌握，那么下面我们来深入讨论一个问题：计算结构体的大小，也是一个热门考点：结构体内存对齐。
⾸先得掌握结构体的对⻬规则：

1. 结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处

2. 其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处。
   对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数 与 该成员变量⼤⼩的较⼩值。

• VS 中默认的值为 8

• Linux中 gcc 没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩

3. 结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的）的整数倍。

  4.如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。

1.2 结构体大小计算

我们以下面两个代码为例：
例1：

struct S2
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

步骤：

1.首先结构体第一成员对齐到结构体变量起始位置偏移量为0的地址处；

2.判断对齐数=编译器默认的⼀个对⻬数 与 该成员变量⼤⼩的较⼩值
char c1             8            1
int i                8            4
char c2              8            1
注： VS 中默认对齐数的值为 8。

3.由2可知最大对齐数为4，则结构体总大小为4的整数倍。

4.由此可见c1占一个字节，i要对齐4的倍数，从4开始占四个字节，c2从9开始占一个字节，但要满足为4的整数倍所以c2要占到12；

5.最后判断为12个字节。

例2：

struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2);

和例1相比这里两个char类型在一起，c1占一字节，而c2只要对齐到1的倍数就行，则也占一字节。而i要对齐4的倍数，则从4开始,2和3则属于浪费的空间（后面有对空间节省的讲解）。所以共8个字节。

练习题

这里再给大家两道题练手：
1.

struct S3
{
 double d;
 char c;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

struct S4
{
 char c1;
 struct S3 s3;
 double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

答案：16；32.

2.1 为什么存在内存对齐?

1. 平台原因 (移植原因)：
   不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定
   类型的数据，否则抛出硬件异常。

2. 性能原因：
   数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在⾃然边界上对⻬。原因在于，为了访问未对⻬的内存，处理器需要作两次内存访问；
   ⽽对⻬的内存访问仅需要⼀次访问。假设⼀个处理器总是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数。如果我们能保证
   将所有的double类型的数据的地址都对⻬成8的倍数，那么就可以⽤⼀个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需
   要执⾏两次内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。

总体来说：结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法。

那在设计结构体的时候，我们既要满⾜对⻬，⼜要节省空间，如何做到：
让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起

struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
 };
 
 struct S2
 {
 char c1;
  char c2;
 int i;
 };

S1 和 S2 类型的成员⼀模⼀样，但是 S1 和 S2 所占空间的⼤⼩有了⼀些区别

2.2 修改默认对齐数

#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对⻬数

#include 
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认
int main()
{
 //输出的结果是什么？
 printf("%d\n", sizeof(struct S));
 return 0;
}

结构体在对⻬⽅式不合适的时候，我们可以⾃⼰更改默认对⻬数。

以上便是结构体内存对齐的知识
第一次写，请大家多多指教。