结构体内存对齐

1.结构体内存对齐

这里有两个结构体，它们的成员相同，只是在声明结构体时这些成员的顺序不同

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

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

它们的大小是相同的吗？

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

得到的结果：

S1占12个字节，S2占8个字节，明明它们的成员变量都相同，为什么会不同呢?

原因就是：结构体存在一个内存对齐机制

下面以S1结构体为例

1.结构体的第一个成员，对齐到结构体在内存中放置位置的0偏移处

所以第一个成员变量char c1放在0偏移处

2.从第二个成员开始，每个成员都要对齐到一个对齐数的整数倍处

对齐数：结构体成员自身大小和默认对齐数的较小值
VS:默认对齐数是8
gcc：没有默认对齐数，对齐数就是成员自身大小

按照上面的规则,int i大小为4，小于默认对齐数8，所以它的对齐数是4，要把i放到对齐数的正数倍处，也就是偏移4处

此时已经浪费了偏移量为1，2，3的3个字节

接下来是char c2，它的大小为1，小于默认对齐数8，所以它的对齐数为1，8为1的倍数，所以c2放到偏移为8的字节处

3.结构体的总大小必须是所有成员的对齐数中最大对齐数的整数倍

S1结构体中各成员变量中对齐数最大的是4，所以结构体总大小应为4的倍数，存完c2时大小为9，所以结构体总大小是12

---

接下来计算一下S2的大小：
char c1占1字节，并且是第一个成员变量，对齐到0偏移处

第二个成员是char c2，大小1字节，小于8，所以它的对齐数是1

到int i占4字节，小于8，所以应对齐到4的倍数处

最大对齐数是4，所以结构体总大小应是4的倍数，根据前面的推理，S2的总大小是8字节

---

还有一种情况是一个结构体内嵌套了其他结构体的情况

4.如果结构体中嵌套了结构体成员，要将嵌套的结构体对齐到自己成员中最大对齐数的整数倍处
并且计算最大对齐数时也包含嵌套的结构体中的各个成员的对齐数

计算S4的大小

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

struct S4
{
	char c1;
	struct S3;
	double d;
};

S4中嵌套S3，所以应该先计算S3的大小

得出，S3的大小为16

下面计算S4大小

char c1在0偏移处，占1字节

接下来到了struct S3，S3的最大对齐数是8，所以S3对齐到8的倍数处，并且占16个字节

double d占8个字节，对齐到8的倍数处

最后计算结构体的总大小，包含S3的各个对齐数，S4中最大的对齐数为8，所以大小为8的倍数

前面根据几个例子，将内存对齐机制的几点规则讲了一遍，下面总结一下：

• 1.结构体的第一个成员，对齐到结构体在内存中放置位置的0偏移处
• 2.从第二个成员开始，每个成员都要对齐到一个对齐数的整数倍处
• 3.对齐数：结构体成员自身大小和默认对齐数的较小值，VS:默认对齐数是8，gcc：没有默认对齐数，对齐数就是成员自身大小
• 4.结构体的总大小必须是所有成员的对齐数中最大对齐数的整数倍，如果嵌套了别的结构体，计算最大对齐数时也包含嵌套的结构体中的各个成员的对齐数
• 5.如果结构体中嵌套了结构体成员，要将嵌套的结构体对齐到自己成员中最大对齐数的整数倍处

同样成员的结构体，不同结构体可能占用的空间不同，我们设计结构体时尽可能让占用空间小
把占用空间小的成员集中在一起，尽可能减少浪费空间

---

2.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。

一个结构体中有char c和int i2个成员
假如没有内存对齐：

如果机器是32为机器的话，一次可以操作4个字节空间
那么int i就需要操作2次能进行操作，所以才有了内存对齐机制，是数据的操作更直接快速

可以把内存对齐理解为用“空间”换“时间”

---

3.修改默认对齐数

可以通过#pragma pack(n)来设置默认对齐数，n为要设置的默认对齐数
#pragma pack()，是取消设置的默认对齐数，还原为默认

结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数。

#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};


int main()
{
	
	printf("默认对齐数为8时S1的大小：%d\n", sizeof(struct S1));
}

#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};



int main()
{
	
	printf("默认对齐数为1时S1的大小：%d\n", sizeof(struct S1));
}

前面提到了，设置内存对齐是牺牲空间换取时间，那么修改对齐数的目的是什么呢？
是某些地方空间很宝贵，所以宁可花费时间，也要尽可能的减少空间浪费

---