C语言之结构体内存的对齐
大纲：
零.引例
一.结构体内存对齐规则
二.怎样计算结构体的大小
三.设计结构体时要注意的方面
四.为什么存在内存对齐
五.修改默认对齐数
C语言之结构体内存的对齐
大纲：
零.引例
一.结构体内存对齐规则
二.怎样计算结构体的大小
三.设计结构体时要注意的方面
四.为什么存在内存对齐
五.修改默认对齐数
在前面的章节中，我们谈到了C语言中整数以及浮点数的储存
今天，我们来谈一谈一些关于结构体内存的知识。
我们先来看一个例子：
struct S1 { char c1; int i; char c2; };
大家来猜猜这个结构体S1的内存是多少？
相信会有人给出 6 的结果，他们或许是这样想的，两个 char 类型分别为一个字节，一个 int 类型又为4个字节，加起来刚好为6个
但是
结果真是如此吗？
我们来看看运行结果：
为什么呢，接下来我们就引出正文。
一.结构体内存对齐规则
首先，正如引例所示，结构体的内存并不是简简单单的将结构体各个成员的大小相加。
结构体的大小往往遵循着结构体的对齐规则：
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
- 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。
- 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。
- 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。
这里要注意的一点就是要解释一下这个对齐数的概念
对齐数：编译器默认的一个对齐数 与 该结构体变量成员自身大小的较小值。
注：
不是所有的编译器都有自己默认的对齐数。
在VS下其默认的对齐数为8
在linux下的默认值为4
二.怎样计算结构体的大小
在讲计算之前，我们继续来看一看上面的那个例子：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include<stdio.h> #include<stddef.h> struct S1 { char c1; int i; char c2; }; int main() { printf("该结构体成员 c1 开始的位置为第 %d 个字节\n", offsetof(struct S1, c1)); printf("该结构体成员 i 开始的位置为第 %d 个字节\n", offsetof(struct S1, i)); printf("该结构体成员 c2 开始的位置为第 %d 个字节\n", offsetof(struct S1, c2)); printf("该结构体所占的内存空间为 %d 个字节\n", sizeof(struct S1)); return 0; }
注：
宏 offsetof() 可以计算出结构体各成员所相对开始位置的一个偏移量。
偏移量 ： 我们可以理解为把结构体变量第一个成员所储存的第一个位置置于0，以此递增
我们来看看结果：
这是为什么呢？
我们来看看上面所提到的结构体内存对齐规则：
然后我们来看示意图：
此时，关于结构体的大小，我们应该清楚了不少，接下来，我们继续来看几道例题：
struct S2 { char c1; char c2; int i; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S2)); return 0; }
我们看到，S1与S2的区别仅仅只是调换了一下各成员间的顺序，那它所占的内存还是刚才的值吗：
运行结果：
我们继续来分析一下：
趁此机会，我们再来巩固一下：
struct S3 { double d; char c; int i; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S3)); return 0; }
它的结果会是多少呢？
不知道大家作对了吗？
解析：
首先 double 类型占8个字节
char 又展览接下来的一个
而 int 的对齐数为 4，所以空3个字节从12开始
而这个结构体的最大对齐数为8
所以该结构体占 2*8 = 16个字节
最后，我们再来看一道嵌套结构体的例题：
struct S3 { double d; char c; int i; }; struct S4 { char c1; struct S3 s3; double d; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S4)); return 0; }
它的结果又为多少呢？
解析：
我们先来看看规则 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
S3的最大对齐数为 8，它的大小为 16 个字节
首先，毋庸置疑的是 char 先放到首位
接下来因为S3的对齐数为 8，所以S3放在了以位置8开始的16个字节
最后是double，对齐数为8，所以放在了24的位置
最后，该结构体的大小为 4*8 = 32 个字节
在进行结构体所占大小的计算中，我们又可以得到一个基本编程常识：
三.设计结构体时要注意的方面
在我们进行结构体的设计中，我们可以把一些所占空间小的，来凑到一起，提高资源的利用率。
正如上文所提到的例1与例2，结构体成员完全相同，但顺序不同，两个结构体的大小也截然不同
//例1 struct S1 { char c1; int i; char c2; }; //例2 struct S2 { char c1; char c2; int i; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12 printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8 return 0; }
四.为什么存在内存对齐
对于这个原因，目前话没有一种完全正确的答案，但是：
大部分的参考资料都是如是说的：
1. 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。
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。
对于原因而我们来看一个示意图：
五.修改默认对齐数
我们通常使用如下的预处理命令来修改编译器的默认对齐数：
#pragma pack()
如果（）里面不加数字，则默认为编译器的默认对齐数
我们修改的时候，只需在（）里加一个数字就行
取消的时候再添加一次 #pragma pack() 即可
注：
再（）里添加的数字，我们通常加的都是2的多少次方
下面来举一个实例：
#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));//12 printf("%d\n", sizeof(struct S2));//6 return 0; }
由此可见，我们也可以通过修改默认对齐数来节约 结构体使用的空间。
关于结构体内存的讲解便到此为止。
笔者水平有限，若有错误之处，还望多多指正。
若有想回忆 C语言中整数以及浮点数是怎样储存的读者，可以参见 ：C语言之数据在内存中的存储