结构体内存对齐

结构体内存对齐

为什么存在内存对齐

1.平台原因（移植原因）

不是所有的硬件都能任意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，否则抛出异常

2.性能原因

数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐，为了访问未对齐的内存，CPU需要访问内存2次；访问对齐后的内存，CPU只需要访问内存1次。

在Windows的VS中默认对齐值为8

Linux中（GCC编译器）默认对齐值为4

在内存中我们一般读取数据不是按内存来读取，一般都是按内存块来读取。

未对齐的情况下，当需要访问int类型的数据时，需要CPU访问2次内存块（内存块1和内存块2）

对齐的情况下，当访问int类型的数据时，只需要CPU访问1次内存块（内存块2）即可

是一种空间换时间的做法

结构体内存对齐规则

• 第一个成员在结构体变量偏移量为0的地址
• 有效对齐值为Min（编译器默认对齐值，结构体中成员数据类型中占用内存最大值）
• 其他成员要对齐到**Min（有效对齐值，该成员数据类型的内存大小）**的整数倍
• ⚠结构体总大小为有效对齐值的整数倍
• 如果嵌套结构体，有效对齐值为Min（编译器默认对齐值，Max(嵌套结构体中成员数据类型中占用内存最大值，结构体中成员一数据类型占用内存、结构体中成员二数据类型占用内存……结构体中成员N数据类型占用内存)）
• 如果嵌套共同体，有效对齐值为Min（编译器默认对齐值，Max( ​​Max（共同体内成员一、共同体内成员二……共同体内成员N）​，​结构体中成员一数据类型占用内存​**、​结构体中成员二数据类型占用内存​……​结构体中成员N数据类型占用内存​)）**
• 共用体所占内存大小：Max（共同体内成员一、共同体内成员二……共同体内成员N***）***

举例

​#pramga pack(n)​告诉编译器字节对齐方式为n字节对齐

#pramga pack(8)
struct s1{
	char a;
	int b;
	char c;
};

结构体中最大的成员数据类型占用4字节，有效对齐值为Min(8,4)=4；char为第一个成员，应在结构体偏移量为0的地址，占用1字节；int占用4字节，要对齐在Min(8,4)=4的整数倍位置，即4的位置(4,5,6,7)；char占用1字节，要对齐在Min(8,1)=1的整数倍位置，即8位置；因为结构体总大小为有效对齐值的整数倍，所以结构体的大小应为12(0~11)

#pramga pack(8)
struct s1{
	char a;
	int b;
	char c;
};
struct s2{
	char a1;
	struct s1 S1;		//嵌套结构体
	double d;
};

结构体s1中最大数据类型结构为int占用4字节，结构体s2的有效对齐值为Min(8,Max(4,1,8))=8；char为第一个成员，应在结构体偏移量为0的地址，占用1字节；嵌套结构体s1(占用12字节)要对齐在Min(8,4)=4的整数倍，即4（4-15）；double占用8字节，要对齐在Min（8,8）的整数倍位置，即16（16-23）；因为结构体总大小为有效对齐值的整数倍；此时结构体内存大小为24，满足要求。

#pramga pack(4)
struct s1{
	char a;
	int b;
	union w{
		int c;
		double d;
	}w;
	short e;
};

共同体w中最大数据类型占用内存为Max（4,8）=8；结构体s1的有效对齐值为Min（4，Max(8,1,4,2)）= 4；char为第一个成员，应在结构体偏移量为0的地址，占用1字节；int占用4字节，要对齐在Min(4,4)=4的整数倍位置，即4的位置(4,5,6,7)；共同体w占Max(4,8)=8字节，要对齐在Min(4,12)=4的整数倍位置，即8的位置(8-15)；short占2字节，要对齐在Min(4，2)=2的整数倍为止，即16(16-17);因为**结构体总大小为有效对齐值的整数倍**；所以结构体s1的大小需要补位到4的整数倍,即20字节。

‍