字节对齐

看结构体和共用体部分的时候，遇到了一个新名词“内存对齐”。先引入问题。如下：
1 struct student
2 {
3      char name[20];
4      int age;
5      char sex;
6      char phone[15];
7 };
8 struct student p1;

　　sizeof(p1)=？
　　这个很简单得出答案，即20+4+1+15=40byte。如果将phone[15]改为phone[16]，结果是44。难道不是41吗？
　　这里便要引入内存对齐的概念。内存为了提高访问效率，规定以结构体中最大的基本单位长度为对齐标准。即实际分配的内存大小是对齐标准的整数倍（必要条件）。在上面的结构体中，最大的基本类型是int。因此以4byte为对其标准。所以实际内存大小应该为4的整数倍，即为44byte。
　　也许你有疑惑：name[20]不是要20byte吗，为什么以4byte为对齐标准？请注意这里的基本类型。name[20]是一个字符串数组，数组属于复合的数据类型。复合的数据类型还有结构体，共用体。基本的数据类型是整型，字符型，浮点型。如果你还有不解，那么看下题：
 1 struct score
 2 {
 3     float english;
 4     float math;
 5     float computer；
 6 };
 7
 8 struct student
 9 {
10     char name[10];
11     int age;
12     char sex;
13     struct score st_score;
14 };

　　在student结构体中含有数据类型为struct score这样的变量。struct score的大小为12byte，也是struct student结构体中最大的数据类型，但是我们的对齐标准是4byte，就如我们刚说的那样，内存的对齐标准是取结构体中最大的基本数据类型，这里我们取sizeof(int)。
　　再看下面的问题：
 1 union data1
 2 {
 3     int i;
 4     char c;
 5     char str[9];
 6 };
 7
 8 struct data2
 9 {
10     int i;
11     char c;
12     char str[9];
13 };

　　sizeof(struct data1)=?
　　sizeof(struct data2)=?
　　对于前者，由于共用体的存储大小由最大的成员来决定，因此上题*用体的存储大小为9byte，考虑到内存对齐，它以sizeof(int)=4byte来对齐，因此实际内存分配大小是12byte。对于后者，存储大小是4+1+9=14byte，这个结构体以4对齐，因此实际分配大小为16byte。
　　现在你应该对于共用体和结构体的内存对齐有所了解了。那么再接着往下看：
1 struct data
2 {
3     char c;
4     double d;
5     char ch;
6 }

　　sizeof(struct data)=?
　　有了上面的理解，10肯定不会是答案，那么会是16吧。也错。正确答案是24。你可能会感到莫名其妙：按照上面所说的方法，以8为对齐标准，那么10不是8的倍数，那就是16呀。为什么呢？请你耐心看下面。
　　首先我们知道结构体变量是分配的连续内存空间。d毫无疑问是分配8byte，对于d“前面”的c，按照对齐标准我们应该分配8byte,而d后面的ch，按照对齐标准也应该分配8byte。因此结果是24。
　　如果这样：
1 struct data
2 {
3     double d;
4     char c;
5     char ch;
6 }

　　sizeof(struct data)=16。
　　因为内存没必要分别为c和ch分配8byte来进行对齐，将它们放在一个8byte里就可以实现内存对齐。上面在引入内存对齐概念的时候，用括号特别注释必要条件便是说明此处内容。

 

摘自  gnu/free