（C语言）结构体内存对齐-蒲公英云

（C语言）结构体内存对齐

1.对齐规则

2.示例

例1

例2

例3

3.存在内存对齐的原因

1.平台原因

2.性能原因

4.修改默认对齐数

1.对齐规则

（1）结构体的第一个成员放在偏移量（相较于结构体变量的起始位置）为0的位置

（2）从第二个成员起，之后的每个成员都要对齐到对齐数的整数倍的地址处

对齐数：编译器默认的对齐数与该成员大小的较小值

VS中默认为8

Linux中无默认对齐数，对齐数就是成员自身大小

（3）结构体总大小为最大对齐数（所有成员对齐数的最大值）的整数倍

（4）如果出现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

（5）当出现数组，数组的对齐数为数组元素与默认对齐数的较小值

2.示例

（以下均在VS下实现）

例1

#include <stdio.h>
struct s1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
int main()
{
    printf("%d", sizeof(struct s1));//12
    return 0;
}

计算结果为12，我们结合内存分布图来计算

c1为char类型，占1个字节，第一个成员放在偏移量为0的位置，（char的对齐数为1）

i为int类型，占4个字节，因此从偏移量为4的位置开始存放

c2为char类型，占1个字节，1为c2的默认对齐数，因此在i的后面接着存放c2，放在偏移量为9的位置处

结构体的最大对齐数为4，结构体的总大小为最大对齐数的整数倍，此时已经使用了9个字节的空间，则结构体的大小为12

例2

#include <stdio.h>
struct s1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
struct s2
{
    char c;
    struct s1 s;
    int i;
};
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct s1));//12
    printf("%d\n", sizeof(struct s2));//20
    return 0;
}

计算结果为20

c为char类型，占1个字节，第一个成员放在偏移量为0的位置，（char的对齐数为1）

由例1计算得出s的大小为12，s为结构体类型，对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，s中的3个成员分别为char、int、char类型，最大对齐数为4，因此s对齐到偏移量为4的地址空间处。

i为int类型，对齐数为4，因此对齐到偏移量为16的地址空间处。

此时已经使用20个字节的空间，结构体的最大对齐数为4，因此结构体的大小为20

例3

#include <stdio.h>
struct s3
{
    char c1;
    int arr[2];
    char c2;
};
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct s3));//16
    return 0;
}

c1为char类型，占1个字节，第一个成员放在偏移量为0的位置，（char的对齐数为1）

arr[2]为数组，当出现数组时，对齐数为元素大小与默认对齐数的最小值，arr[2]的元素为int类型，对齐数为4，因此对齐到偏移量为4的地址空间处

c2为char类型，占1个字节，1为c2的默认对齐数，因此在arr[2]的后面接着存放c2，放在偏移量为12的位置处

3.存在内存对齐的原因

1.平台原因

并不是所有的硬件平台都可以访问任意地址上的任意数据。某些硬件平台只能在某些地址处取得某些特定类型的数据，否则会抛出硬件异常。

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：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

可以说，结构体的内存对齐是拿空间换时间

当在使用结构体时，为了满足对齐，同时节省空间，可将占用空间小的成员尽量集中在一起

4.修改默认对齐数

结构在对齐方式不合适时，可以自己修改默认对齐数

使用#pragma预处理指令，可以修改默认对齐数（通常设置为2的次方数）

#include <stdio.h>
#pragma pack(4)//设置默认对齐数为4
struct s1
{
        //  成员大小  默认对齐数  对齐数
    char c;//  1            4        1
    double d;//8            4        4
    int i;//   4            4        4
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认对齐数
struct s2
{
    //  成员大小  默认对齐数  对齐数
    char c;//  1            8        1
    double d;//8            8        8
    int i;//   4            8        4
};
int main()
{
    printf("%d %d", sizeof(struct s1),sizeof(struct s2));
    return 0;
}