[C++知识库]【C语言】结构体内存对齐

前言

结构体是C语言的一种自定义类型，相关基础的应用相信大家都已经很熟悉，今天在这里给大家探讨一下更为深入的知识——结构体的内存对齐。

一、对齐数

想要知道结构体怎么内存对齐，那么我们得先了解一下什么是结构体的对齐数

1. 结构体成员的对齐数

首先，我们知道每个数据类型都有固定的大小，比如int类型占4个字节，short类型占2个字节等。
另外，不用编辑器也有一个默认的对齐数，例如Visual Studio默认的值是8。
结构体成员的对齐数=min(编译器默认的对齐数，该成员数据类型)，简单来说就是这两个哪个小，该成员的对齐数就是哪个。

2. 结构体的对齐数

结构体的对齐数一定是其成员中最大对齐数的整数倍，具体是多大需要根据情况来具体分析。

3. Examples

在VS的环境下

struct A
{
 int a;// 8/4 故对齐数是4
 short b;//8/2 故对齐数是2
 int c;// 8/4 故对齐数是4
 char d;// 8/4 对齐数是2
};
//整个结构体的大小一定是4的整数倍

二、结构体内存对齐规则

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为的地址处
2. 其他成员变量对其到该成员对齐数的整数倍地址处
3. 结构体总大小为其所有成员中最大对齐数的整数倍
4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对其到自己最大对齐数的整数倍处（即嵌套结构体中成员的最大对齐数），结构体的整体大小就是所有最大对齐数的整数倍（含嵌套结构体的对齐数）。

这里给大家举个例子：

struct A
{
 int a;
 short b;
 int c;
 char d;
};
先给出结论，该结构体的大小为16个字节，下面画图为大家讲解一下

三、内存对齐存在的原因

1. 平台原因（移植原因）：

不是所有的硬件平台都能任意访问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，处理器需要做两次内存访问；而对齐的内存只需要做一次访问。

总的来说，结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

四、修改默认对齐数

当结构体在对齐方式不太合理时我们可以修改默认对齐数
#pragma pack(4) //设置默认对齐数为4
struct A
{
 int a;
 short b;
 int c;
 char d;
};
#pragma pack() //取消设置的默认对齐数，恢复默认

总结

我们在设计结构体的时候，可以让占用空间小的成员尽量集中在一起，这样就可以做到既满足对齐，又节省空间。