yo！这里是结构体内存对齐

本文主要是介绍yo！这里是结构体内存对齐，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

前言

对齐规则

内存对齐举例

举例一：

举例二：

举例三：

举例四：

存在内存对齐的原因

1.平台原因

2.性能原因

其他

修改默认对齐数

函数offsetof

前言

结构体是c语言必学知识点之一，可以为后续学习数据结构和算法打下良好的基础，在学习的过程中，当我们尝试用sizeof去计算结构体的大小时，会发现结构体的大小根本就不是简单的结构体成员大小加在一起，比如，下图中的结构体，如果简单的进行成员的加和会得到总共7个字节，但当我们去计算时就会发现此结构体的大小为8，这是为什么呢？

这是因为结构体存储在内存之中会存在内存对齐，结构体内存对齐是大大小小的面试当中一个非常热门的考点，要想熟练的掌握这个知识点，就必须先了解一下对齐规则。

对齐规则

简单概括一下对齐规则，能够利用其解题即可。

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 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。
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。

内存对齐举例

以下举例均是在vs2019中实现，默认对齐数为8。

举例一：

计算步骤：

1.c1作为结构体首个成员从偏移位为0的地址处存放；

2.第二个成员为i，大小为4，与默认对齐数8相比较小，所以此成员对齐数为4，应对齐到4的整数倍的地址处，偏移位1、2、3均不是4的整数倍，因此从偏移位4的地址处开始存放；

3.第三个成员为c2，大小为1，与默认对齐数8相比较小，所以此成员对齐数为1，应对齐到1的整数倍的地址处，除0以外都是1的整数倍，所以紧接着偏移位8的地址处开始存放；

4.此时结构体大小为9，不是最大对齐数4（1、4、1中最大）的整数倍，应再浪费三个字节扩大到4的整数倍，最终的结构体大小为12。

举例二：

计算步骤：

1.c1作为结构体首个成员从偏移位为0的地址处存放；

2.第二个成员为c2，大小为1，与默认对齐数8相比较小，所以此成员对齐数为1，因此从偏移位1的地址处开始存放；

3.第三个成员为i，大小为4，与默认对齐数8相比较小，所以此成员对齐数为4，应对齐到4的整数倍的地址处，所以浪费掉两个字节，从偏移位4的地址处开始存放；

4.此时结构体大小为8，是最大对齐数4（1、1、4中最大）的整数倍，所以最终的结构体大小为8。

举例三：

计算步骤：

1.d作为结构体首个成员从偏移位为0的地址处存放；

2.第二个成员为c，大小为1，与默认对齐数8相比较小，所以此成员对齐数为1，因此从偏移位8的地址处开始存放；

3.第三个成员为i，大小为4，与默认对齐数8相比较小，所以此成员对齐数为4，应对齐到4的整数倍的地址处，所以浪费掉三个字节，从偏移位12的地址处开始存放；

4.此时结构体大小为16，是最大对齐数8（8、1、4中最大）的整数倍，所以最终的结构体大小为16。

举例四：

计算步骤：

1.c1作为结构体首个成员从偏移位为0的地址处存放；

2.第二个成员为s3，大小为16，对齐数为其成员最大对齐数，所以此成员对齐数为8，因此浪费掉7个字节从偏移位8的地址处开始存放；

3.第三个成员为d，大小为8，与默认对齐数8相等，所以此成员对齐数为8，应对齐到8的整数倍的地址处，从偏移位24的地址处开始存放；

4.此时结构体大小为32，是最大对齐数8（1、8、8中最大）的整数倍，所以最终的结构体大小为32。

存在内存对齐的原因

1.平台原因

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。

比如说，在某些平台上，从内存中读取数据时只能从4的倍数偏移位的地址处读取，若没有内存对齐，则将读不到数据造成异常。

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，处理器需要作两次内存访问，而对齐的内存访问仅需要一次访问。

比如说，32机器下一次可以读取4个字节，不考虑对齐时，当我们需要读取i的数据，需要两次读取才能读取一个完整的i；考虑对齐时，读取第一次与i没有关系，读取第二次就能完整读取i的数据，即只需要一次读取。

总体来说，结构体的内存对齐就是在拿空间换时间，加大读取数据的效率，但如果当我们在设计结构体时，尽量将占用空间小的成员集中在一起，这样呢，同时又能节省空间。

其他

修改默认对齐数

在上面的举例中我们是在vs2019的环境中进行的，它的默认对齐数是8，而这个默认对齐数是可以通过预处理指令#pragma更改的，比如

#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1，相当于没有对齐
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()
{printf("%d\n", sizeof(struct S1));   //12printf("%d\n", sizeof(struct S2));   //6return 0;
}

虽然可以更改，但建议还是不要更改，或者说更改为2的幂次方（具体要看目的需求），因为机器在读取数据时要么一次读取4个字节或者8个字节，要尽量与读取的字长保持一致，让硬件达到一个很好的效果。