【关于结构体内存对齐问题】

目录

一 .计算结构体的大小

二，关于结构体内存对齐规则

三.  为什么存在内存对齐？

四.  总结

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一 .计算结构体的大小

首先我们来看一道例题：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 

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

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

int main() {
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

如果没有了解过结构体内存对齐，我们很容易想到，char占1个字节，int占4个字节，S1总共占6个字节，S2占6个字节，打印的结果就是6和6，可当我们运行起来发现并不是，答案是12和8；

 接下来我们就来讨论关于结构体在内存中是如何对齐的

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二，关于结构体内存对齐规则

首先得掌握结构体的对齐规则：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为 0 的地址处。

2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。

对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的 较小值 。

VS 中默认的值为 8

3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。

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。

 1）这里介绍一下偏移量和对齐数

偏移量：

我们把一个格子当做一个字节，最顶上那个位置我们叫做其实位置，相对偏移量为0的地方就是第一个格子，偏移量为1的地方就是第二个格子，以此类推，如图所示：

 对齐数：

对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值，举个例子，vs中的默认对齐数是8，char是一个字节，char类型的最大对齐数就是1，int是4个字节，int类型的最大对齐数就是4，double是8个字节，double类型的最大对齐数就是8.

2）对齐规则

首先我们拿结构体S1来说，char是一个字节，VS默认对齐数是8，取较小值，所以c1的对齐数为1，又根据对齐规则的第一条：第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处，所以c1放在第一个格子里，也就是对齐数为0的格子里，int i是4个字节，VS默认对齐数是8，取较小值，所以i的对齐数为4，所以i要放到对齐数为4的地方，同理，c2是1个字节，VS的默认对齐数为8，取较小值，对齐数为1，8是1的倍数，所以c2放在i的下面，到这里，总共占9个字节，又根据对齐规则的第三条：结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍，S1成员变量的最大对齐数为4，所以最终结构体的总大小是4的倍数，所以结果就是12，而中间空白处的空间就被浪费掉了，图解如下：

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 接下来我们来分析一下S2的大小，c1是1个字节，VS默认对齐数为8，取较小值，为1，所以c1放在起始位置，这里说一下，不管第一个成员变量是几个字节，都从起始位置开始放，c2是1个字节，VS默认对齐数为8，取较小值，为1，放在c1下面，i是4个字节，VS默认对齐数为8，取较小值，为4，放在对齐数为4的地方，总共占8个字节，是成员变量最大对齐数的倍数，所以S2的大小就是8，图解如下：

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 这里还介绍一个关于结构体嵌套，内存是如何对齐的 ？？？

struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
struct S3
{
	char a;
	struct S2;
	int b;
};

我们来分析一下S3的大小，char a是一个字节，放在起始位置，也就是0偏移处，根据对齐规则第四条;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,那么S2的对齐数就是int i对齐数的大小，所以S2放在偏移处为4的位置上，int b占4个字节，偏移量为12的位置恰好是4的倍数，所以b放在偏移量为12的地方，这里总共是16个字节，那么16个字节是不是结构体S3的总大小呢？我们根据对齐规则：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，S3的最大对齐数是4，16是4的倍数，所以S3的最终大小就是16；

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三.  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齐。

原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问；

四.  总结

总体来说，结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法；

 如对上文有意见或者有错误，还请大佬们斧正，觉得有帮助的童鞋们，创作不易，蟹蟹三连！