结构体内存对齐-C语言

重点：计算结构体的大小； 内存对齐的原因；应对空间浪费的两种处理方式

1   计算规则：

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
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。

例1：

struct S1

{
      char c1;  // 自身大小为1  默认值为8  对齐数为1
      int i;        // 自身大小为4  默认值为8  对齐数为4
      char c2;  // 自身大小为1  默认值为8  对齐数为1
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));  //12

图解：

例2：

struct S2
{
     char c1;  // 自身大小为1  默认值为8  对齐数为1
     char c2;  // 自身大小为1  默认值为8  对齐数为1
     int i;        // 自身大小为1  默认值为8  对齐数为4
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2)); //8

图解：

例3：

struct S3
{
      double d;   //自身大小为8  默认值为8  对齐数为8
      char c;       //自身大小为1  默认值为8  对齐数为1
      int i;           // 自身大小为4  默认值为8  对齐数为4
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));   //16

图解：

 例4：结构体嵌套问题

struct S4
{
    char c1;
    struct S3 s3;
    double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));  //32

图解：

 2 内存对齐的原因

我们在了解了结构体内存对齐之后，并掌握了内存对齐计算规则，那么现在就可以接下来继续了解为什么会存在结构体内存对齐呢？

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。不同平台读取内存的机制可能不一样。

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。 

所以就会存在一个问题，这当中就会存在很多的内存空间会被浪费。总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。 

3 应对空间浪费的两种处理方式

一是在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，就要让占用空间小的成员尽量集中在一起。 

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。详细回看上面计算规则例1和例2.

修改默认对齐数

可以用#pragma 这个预处理指令，可以改变我们的默认对齐数。 

例如：

#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
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

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。一般地，默认对齐数为2的N次方。