C/C++：内存对齐（struct/union/field）
原因
? 字节对齐主要是为了提高内存的访问效率。
-
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。
-
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。
对齐原则
-
首个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处
-
各成员变量在存放的时候根据在结构中出现的顺序依次申请空间
-
变量对齐数 = Min(编译器默认对齐数，该成员大小)
-
各成员变量对齐到自身对齐数的整数倍（嵌套结构体对齐到自身最大对齐数整数倍）
-
结构体总大小为所有最大对齐数（包含嵌套结构体的成员对齐数）的整数倍
示例
1.不同顺序排列
? S1大小：12字节（1+3 +4 + 1+3）；
? S2大小：8字节（1+1+2 + 4）；
? 粗体为对齐填充字节。
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c2;
char c1;
int i;
};
2.包含数组
? student大小：24（10+2+4+1+3+4）
? char name[10] 的本质是 10 个 char 变量，所以就把它当成 10 个 char 变量看就行了；
? 粗体为对齐填充字节。
struct student
{
char name[10];
int age;
char sex;
float score;
};
3.结构体嵌套
? student大小：32（4+13+7+8）
? st1大小：48（4+4+32+1+7）
struct student
{
int num;
char name[13];
double gender;
};
struct st1
{
int age;
struct student s1;
char sex;
};
4.联合体嵌套
? 联合体对齐方式要适合其中所有的成员（整个大小为最大对齐数的整数倍）
? MyUnion大小：16（13+3）
? st1大小：32（4+4+16+1+7），union1应按成员最大字节对齐数(8)对齐，整个结构体为double倍数
union MyUnion
{
int num;
char name[13];
double gender;
};
struct st1
{
int age;
union MyUnion union1;
char sex;
};
pragma指令
- 使用伪指令#pragma pack (n)，C编译器将按照**min(n, sizeof(a))**个字节对齐(a为某类型变量，n= 1,2,4,8,16)。
- 使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐方式。
示例
1.S1大小：6（1+1+4）
? S2大小：10（1+1+6+2），嵌套时按照min（2，sizeof(a)）对齐
#pragma pack(2)
struct S1 {
char a;
long b;
};
struct S2 {
char c;
struct S1 d;
char e;
};
#pragma pack()
2.S1大小：8（1+3+4）
? S2大小：16（1+3+8+1+3），嵌套时按照min（8，sizeof(a)）对齐
#pragma pack(8)
struct S1 {
char a;
long b;
};
struct S2 {
char c;
struct S1 d;
char e;
};
#pragma pack()
位域
位域的声明和结构是类似的，有两个不同：
-
位域的成员必须是 int、unsigned int、signed int、char等整形家族
-
位域的成员名后边有一个冒号和一个数字
-
位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟的
-
一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节
示例
? 连续相同类型可使用位域来节省空间(S1)
? 连续不同类型需按照对齐规则分配空间(S2)
? 含位域的结构体嵌套对齐规则与普通嵌套相同(S3)
struct S1 {
int i:8;
int b:4;
char a:3;
double c;
};//16字节
struct S2 {
int i:8;
char a:3;
int b : 4;
double c;
};//24字节
struct S3 {
char c;
struct S2 d;
char e;
};// 40字节