结构体内存对齐

结构体内存对齐

1.首先，看几个个结构体：

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3; 
	double d; 
};

在32位编译系统下这一个结构体的字节数是多少呢？是6；6；13；22字节吗？
让我们来看看结果：

实际结果为12；8；16；32字节。为什么呢？因为编译器会对不足4字节的变量空间自动补齐为4个字节（这就是内存对齐），以提高CPU的寻址效率（32位CPU以4个字节步长寻址的）。

内存对齐是编译器的“管辖范围”。编译器为程序中的每个”数据单元“安排在适当的位置上，以便于能快速的找到每个“数据单元”。对于32bit的CPU，其寻址的步长为4个字节（即unsigned int 字节长度），这就是常说的“4字节对齐”。同理，对于64bit的CPU，就有“8字节对齐”。

详细解析：

 struct   A
{
	int a;
	char b;
	double c;
	char d;
};

在32位编译系统下这一个结构体的字节数是多少呢？是4+1+8+1=14字节吗？
让我们来看看结果：

解析：
在windows系统32位平台上:
int占4个字节
char占1个字节
float占4个字节
double占8个字节

int a; // a从0偏移开始，占四个字节，即占用0，1，2，3，现在可用偏移为4偏移
char b; // b从4开b始，占一个字节，即占用4，现在可用偏移为5偏移
double c; // 由于5不是8的倍数，所以向后偏移5，6，7，都不是8的倍数，偏移到8时，8是8的 倍数，故而c从8处开始存储，占用8，9， 10，11，12，13，14，15偏移，现在可用偏移为16 偏移
char d; // 因为16是1的倍数，故d占用16偏移，接下来在整体向后偏移一位，现处于17偏移
min(默认对齐参数，类型最大字节数)=8；因为17不是8的倍数，所以继续向后偏移18…23都不是8的倍数，到24偏移处时，24为8的整数倍，故而，该结构体大小为24个字节。

2.对齐原因

• 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，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。原因再与，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问，而对于对齐的内存访问仅需要一次访问。

• 总体来说： 结构体的内存对齐是拿时间换空间的做法

3.结构体的对齐规则：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。
   对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。
   VS中默认的值为8 Linux中的默认值为4
3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）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。

4.那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到：

结论：让占用空间小的成员尽量集中在一起。

例如：

struct S1
{
	char c1; 
	int i; 
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1; 
	char c2; 
	int i;
};

S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。

5.修改默认对齐数

之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8 struct S1
{
	char c1; int i; char c2;
};
#pragma  pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认

#pragma pack(1)//设置默认对齐数为8 struct S2
{
	char c1; int i; char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认 int main()
{
	//输出的结果是什么？
	printf("%d\n", sizeof(struct S1)); printf("%d\n", sizeof(struct S2)); return 0;
}

结论：
结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数。