結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊規(guī)則

我們知道，每種類型都有相應(yīng)的大小，如int型占4字節(jié)，double型占8字節(jié)，char型占1字節(jié)；那么結(jié)構(gòu)體也為一種類型，它的大小為多少呢？
我們可以舉個栗子看一看

#includestruct S1{	char c1;	int i;	char c2;};struct Z1{	double d;	char c;	int i;};int main(){	printf("%d/n", sizeof(struct S1));	printf("%d/n", sizeof(struct Z1));	return 0;}

這里算出的struct S1、struct S2 類型的大小是多少？是不是結(jié)構(gòu)體中的每個變量類型的大小之和呢？

依據(jù)程序的結(jié)果很顯然可以看出結(jié)構(gòu)體類型大小并不是其中的變量類型的大小之和，那么如何計算結(jié)構(gòu)體大小，首先得掌握結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊規(guī)則。

結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊規(guī)則：

1.第一個成員在與結(jié)構(gòu)體變量偏移量為0（即起始位置）的地址處。
偏移量：把存儲單元的實際地址與其所在段的段地址之間的距離稱為段內(nèi)偏移，也稱為“有效地址或偏移量”； 亦： 存儲單元的實際地址與其所在段的段地址之間的距離。本質(zhì)其實就是“實際地址與其所在段的段地址之間的距離”

2. 其他成員變量要對齊到某個數(shù)字（對齊數(shù)）的整數(shù)倍的地址處。
對齊數(shù) = 編譯器默認(rèn)的一個對齊數(shù) 與 該成員大小的較小值。（VS中默認(rèn)對齊數(shù)為8）

3. 結(jié)構(gòu)體總大小為最大對齊數(shù)（每個成員變量都有一個對齊數(shù)，即該成員的大?。┑恼麛?shù)倍個字節(jié)。

4.如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的整體大小就是所有最大對齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍。

結(jié)構(gòu)體大小計算

對于如上程序中定義的結(jié)構(gòu)體 struct S1,根據(jù)結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊規(guī)則可得結(jié)構(gòu)體中成員的內(nèi)存分配如圖：

解釋：S1類型中，第一個成員 c1 在起始位置（如上紅色內(nèi)存塊），第二個成員 i 的大小為4字節(jié)，與默認(rèn)對齊數(shù)相比后得到的較小值為4，所以成員 i 對齊到偏移量為4的整數(shù)倍的地址處（如上藍(lán)色內(nèi)存塊），同理得第3個成員應(yīng)對齊到偏移量為1的整數(shù)倍的地址處（如上紫色內(nèi)存塊），而三個成員中最大的對齊數(shù)為4，所以 struct S1 的總大小為4的整數(shù)倍個字節(jié)，滿足成員內(nèi)存分配好的情況下結(jié)構(gòu)體的總大小就為12個字節(jié)。
結(jié)構(gòu)體 struct Z1同理可算出其大小為16字節(jié)。

那么對于結(jié)構(gòu)體中嵌套有結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)體大小如何計算？
看如下栗子：

#includestruct S1{	char c1;	int i;	char c2;};struct S2{	char x;	struct S1 s;	double y;};int main(){	printf("%d/n", sizeof(struct S2));	return 0;}

因為 struct S2 中嵌套有結(jié)構(gòu)體成員 s , s 的類型為struct S1（同上個栗子中的struct S1一樣）,該類型中所有成員對齊數(shù)中的最大值為4，所以 s 成員對齊到4的整數(shù)倍處；因為 struct S1 和 struct S2 中所有成員的對齊數(shù)的最大值為 8，所以在滿足 struct S2 中每個成員內(nèi)存分配好的情況下，整個結(jié)構(gòu)體的大小為 8 的整數(shù)倍（單位為字節(jié)），所以最終struct S2 的大小為24字節(jié)。
圖解如下：

為什么存在內(nèi)存對齊？

大部分的參考資料都是如是說的：

1. 平臺原因(移植原因)：
不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)的；某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常。
2. 性能原因：
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(尤其是棧)應(yīng)該盡可能地在自然邊界上對齊。
原因在于，為了訪問未對齊的內(nèi)存，處理器需要作兩次內(nèi)存訪問；而對齊的內(nèi)存訪問僅需要一次訪問。
總體來說：
結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊是拿空間來換取時間的做法。

那在設(shè)計結(jié)構(gòu)體的時候，我們既要滿足對齊，又要節(jié)省空間，如何做到：
讓占用空間小的成員盡量集中在一起。
例如：

struct M{   char c1;   int i;   char c2;};struct N{  char c1;  char c2;  int i;};int main(){	printf(" %d/n", sizeof(struct M));	printf(" %d/n", sizeof(struct N));	return 0;}

根據(jù)程序結(jié)果可見 M 和 N 類型的成員一模一樣，但是 M 和 N 所占空間的大小有了一些區(qū)別,原因就在于 N 類型中空間占用較小的成員集中在一起，更加提高了空間的利用率。

默認(rèn)對齊數(shù)的修改

要修改編譯器的默認(rèn)對齊數(shù)，我們需要借助于以下預(yù)處理指令：

#pragma pack()

該指令括號中填入相應(yīng)的數(shù)字就可以將默認(rèn)對齊數(shù)修改為該數(shù)字，如果只使用該預(yù)處理指令，不在括號內(nèi)填寫數(shù)字，則為恢復(fù)為編譯器默認(rèn)的對齊數(shù)。
如下：

#include#pragma pack(2)//將默認(rèn)對齊數(shù)修改為2struct S1{	char c1;//大小為1字節(jié)，對齊到起始位置	double c2;//大小為8字節(jié)，默認(rèn)對齊數(shù)為2，因為 2<8 所以該成員對齊到偏移量為2的倍數(shù)的位置	int i;//大小為4字節(jié)，2<4 所以該成員也對齊到偏移量為2的倍數(shù)的位置};#pragma pack()#pragma pack(6)//修改默認(rèn)對齊數(shù)為6struct S2{	char c1;//對齊到起始位置	double c2;//因為 8>6,所以該成員對齊到偏移量為6的倍數(shù)的位置	int i;//因為 6>4,所以該成員對齊到偏移量為4的倍數(shù)的位置};#pragma pack()int main(){	printf(" %d/n", sizeof(struct S1));	printf(" %d/n", sizeof(struct S2));	return 0;}

可以看出，修改默認(rèn)對齊數(shù)后，再根據(jù)對齊規(guī)則求出的結(jié)構(gòu)體大小就會有所不同。