对C语言结构体内存对齐的理解

参考文章：
C语言问题集——结构体及其内存对齐
Linux字节对齐的那些事

linux中，默认情况下，没有默认的对齐数，结构体中各个成员的类型占内存大小就是该成员的对齐数，所以对于结构体内存对齐，有如下规则：
1、第一个成员存放在内存偏移为0的地址处；
2、结构体中各个成员的类型占内存大小就是该成员的对齐数，各成员存放的起始地址应该是对齐数的整数倍；
3、整个结构体大小应该是该结构体中最大成员的对齐数的整数倍。
引用一下第二个参考连接中的话，就是：

二、对齐规则
对于标准数据类型，它的地址只要是它的长度的整数倍就行了，而非标准数据类型按下面的原则对齐： 　　 数组 ：按照基本数据类型对齐，第一个对齐了后面的自然也就对齐了。 联合 ：按其包含的长度最大的数据类型对齐。 结构体： 结构体中每个数据类型都要对齐。

但是也可以通过#pragma pack (n)伪指令设置默认对齐数，例如设置为4字节对齐，通过伪指令#pragma pack ()取消默认对齐数设置。
如果设置了默认的对齐数，对齐规则稍有变化，引用上述第二个参考连接中的描述：

#pragma pack(n) 用来设定变量以n字节对齐方式。 n字节对齐就是说变量存放的起始地址的偏移量有两种情况：
1、如果n大于等于该变量所占用的字节数，那么偏移量必须满足默认的对齐方式
2、如果n小于该变量的类型所占用的字节数，那么偏移量为n的倍数，不用满足默认的对齐方式。
结构的总大小也有一个约束条件，如果n大于等于所有成员变量类型所占用的字节数，那么结构的总大小必须为占用空间最大的变量占用的空间数的倍数；否则必须是n的倍数。

接下来我们用同一个结构体，在没有设置默认对齐数和设置了4字节对齐两种情况下，分别测试该结构体的内存占用情况。

没有设置默认对齐数

测试代码：

#include<stdio.h>

#define offset(type, mb) (size_t)&(((type *)0)->mb)
#define print_offset(type, mb) printf("sizeof %s: %lu, index of %s: %lu\n", #type, sizeof(type), #mb, offset(type, mb))

typedef struct  test_st
{
    
    char a;
    double b;
    short c;
    int d;
    double e;
    char f;
    char g;
    char h;
}test_st;

void main(void)
{
    
    print_offset(test_st, a);
    print_offset(test_st, b);
    print_offset(test_st, c);
    print_offset(test_st, d);
    print_offset(test_st, e);
    print_offset(test_st, f);
    print_offset(test_st, g);
    print_offset(test_st, h);
}

运行结果如下：
[email protected]:~/111# ./a.out
sizeof test_st_st: 40, index of a: 0
sizeof test_st_st: 40, index of b: 8
sizeof test_st_st: 40, index of c: 16
sizeof test_st_st: 40, index of d: 20
sizeof test_st_st: 40, index of e: 24
sizeof test_st_st: 40, index of f: 32
sizeof test_st_st: 40, index of g: 33
sizeof test_st_st: 40, index of h: 34
内存对齐的情况描述如下：

根据上述分析，上述结构体占40字节的内存。

设置4字节对齐

代码和上述差不多，就是在结构体定义的前后增加#pragma pack(4)和#pragma pack()的设置，运行结果如下：
[email protected]:~/111# ./a.out
sizeof test_st: 32, index of a: 0
sizeof test_st: 32, index of b: 4
sizeof test_st: 32, index of c: 12
sizeof test_st: 32, index of d: 16
sizeof test_st: 32, index of e: 20
sizeof test_st: 32, index of f: 28
sizeof test_st: 32, index of g: 29
sizeof test_st: 32, index of h: 30

从这两个实验的结果来看，确实符合上述对齐规则。