一、引例

到底什么是結構體內(nèi)存對齊，我們用一段代碼來介紹一下

struct S1
{
	char c1;//1字節(jié)
	int a;//4字節(jié)
	char c2;//1字節(jié)
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	//這里打印12
}

先來解釋S1，結構體S1中有2個char類型，1個int類型。那按道理應該是占2*1+4=6個字節(jié)啊，為什么打印的是12呢？到這里，我們必須要來了解一下結構體內(nèi)存對齊的規(guī)則：

1.結構體的第一個成員永遠放在結構體起始位置偏移量為0的位置

對于偏移量你可以這樣理解：數(shù)組下標為0的相對它自己偏移量為0，下標為1的相對下標為0的偏移量為1…
舉例說明：

S1第一個成員是c1，它會被放在結構體起始位置偏移量為0的位置，如下圖紅色部分

2.從第二個成員開始，總是放在偏移量為一個對齊數(shù)的整數(shù)處,對齊數(shù)=編譯器默認的對齊數(shù)和變量自身大小的較小值

對齊數(shù)=min(編譯器默認的對齊數(shù),變量自身大小)
Linux-沒有對齊數(shù)，VS下對齊數(shù)默認為8

我們?nèi)砸許1這個結構體進行舉例，結構體第二個成員是int類型的a,占4個字節(jié)，筆者VS環(huán)境下默認對齊數(shù)是8，取兩者較小值是4，那a應該放到偏移量為4的倍數(shù)上

放到4的倍數(shù)上也就說可以放在偏移量為4這里，偏移量為1，2，3的這3個空間就白白被浪費了。而a是int型占4個字節(jié)，所以會一直占用到偏移量為7的位置。

接下來是結構體的第三個成員，char類型的c2，c2占1個字節(jié)，VS環(huán)境下默認對齊數(shù)是8，取較小值為1，也就是說只要是1的倍數(shù)的偏移量都可以放，我們緊接著放在a后面，也就是偏移量8的位置

那到這里結構體3個成員都用完了啊，只有8個啊，為什么打印是12呢？這里就要涉及結構體內(nèi)存對齊的第3個規(guī)則

3.結構體的總大小必須是各個成員的對齊數(shù)中最大的那個對齊數(shù)的整數(shù)倍

我們由前面講解知道結構體三個成員c1,a,c2對齊數(shù)分別為1，4，1這三個中最大對齊數(shù)是4，總大小要為4的整數(shù)倍，那這時候肯定有小伙伴會問：我們現(xiàn)在不是對齊到8了嘛，8不是4的倍數(shù)嗎？注意！這里說的是空間總大小，而8是所謂的偏移量，偏移量是從0開始算的，到8已經(jīng)有9個空間了，所以我們這里空間要到12，也就是偏移量到11

（后面加上的三個空間用不到，但是由于規(guī)定還是算在結構體總空間內(nèi)）

二、小試牛刀

我們再來看一道類似的題目

代碼如下（示例）：

struct S2
{
	char c1;//1字節(jié)
	char c2;//1字節(jié)
	int a;//4字節(jié)
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	//這里打印8
}

首先第一個結構體成員是char類型的c1,由規(guī)則1，它會直接被放在偏移量為0的位置
（圖示灰色部分）

第二個成員是char類型的c2，占1字節(jié)，VS下默認對齊數(shù)是8，取較小值是1，只要放在偏移量為1的倍數(shù)上即可（任意位置），緊跟著0，放在偏移量為1處（圖示紅色部分）

最后一個成員int類型的a，占4個字節(jié)，VS環(huán)境下默認對齊數(shù)是8，取較小者4，放在偏移量為4的整數(shù)倍處，也就是4這里，然后由于int占4個字節(jié)所以一直占用到偏移量7處

再來看看規(guī)則3，結構體的總大小必須是各個成員的對齊數(shù)中最大的那個對齊數(shù)的整數(shù)倍，也就是4的倍數(shù)，我們現(xiàn)在正好是占8個空間，8正好是4的倍數(shù)，所以就不用再往下浪費空間了，打印出8

三、嵌套結構體的特殊情況

代碼如下（示例）：

struct S3
{
	double d;//double占8字節(jié)，默認對齊數(shù)8，取較小值，對齊數(shù)8
	char c;//對齊數(shù)1
	int i;//對齊數(shù)4
};
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
}

關于結構體S3我們可以采用和前面S1、S2一樣的方法計算出來是占16個字節(jié)空間，我們這里重點討論S4，對S3有興趣的小伙伴可自行求解。

S4中的第一個成員c1，按規(guī)則1直接放在偏移量為0處，第二個成員s3怎么辦呢？這里涉及結構體內(nèi)存對齊的第四個規(guī)則：

如果嵌套了結構體的情況，嵌套的結構體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍數(shù)處，結構體的整體大小就是所有最大對齊數(shù)（含嵌套結構體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍

s3這個結構體三個成員最大對齊數(shù)是8，也就是要對齊到偏移量為8的倍數(shù)處，然后s3是占16個字節(jié)，所以一直占到偏移量23處（s3結構體對齊數(shù)是本身s3結構體三個成員中最大對齊數(shù)）

ps：在VS環(huán)境中，嵌套結構體的最大對齊數(shù)超過8，仍然用8做最大對齊數(shù)（比默認對齊數(shù)大了，取較小值就取默認對齊數(shù)了）

S4最后一個成員double類型的d占8字節(jié)，默認對齊數(shù)8，對齊數(shù)取8，然后放在偏移量為對齊數(shù)的整數(shù)倍處，正好往下放在24處，本身占8字節(jié)所以占到31

偏移量0-31共占32字節(jié)，S4中的成員c1,s3,d對齊數(shù)分別為1，8，8所以最大對齊數(shù)是8，32恰是8的倍數(shù)，所以這里不用再浪費空間來滿足 “結構體的總大小必須是各個成員的對齊數(shù)中最大的那個對齊數(shù)的整數(shù)倍”這個規(guī)則，結構體總大小就是32

四、關于為什么存在內(nèi)存對齊

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的類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常

2.性能原因：

數(shù)據(jù)結構（尤其是棧），應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)存訪問僅僅需要1次
總體來說：結構體的內(nèi)存對齊是用空間換時間

總結

本文介紹了結構體內(nèi)存對齊的四大規(guī)則，并舉例說明了如何進行方法的操作，對于其中特殊的嵌套結構體內(nèi)存對齊也進行了相應講解，希望讀者在學習完本文后能對結構體內(nèi)存對齊有一個系統(tǒng)的認識。祝讀者學業(yè)有成！

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