c语言结构体对齐的原因

https://www.geeksforgeeks.org/structure-member-alignment-padding-and-data-packing/
https://stackoverflow.com/questions/3903164/why-misaligned-address-access-incur-2-or-more-accesses
https://en.wikipedia.org/wiki/Data_structure_alignment

• 实际上不仅仅是c语言，很多语言，或者说电脑程序，底层逻辑都是需要数据对齐，这是由电脑cpu，内存等基础架构决定的。

• 系统32位或者64位，对应4或者8字节。以64位为例，cpu每次从内存读取数据是8字节。

• 为了增加效率，系统会按照8条线路从多个内存芯片（或者分区，类似的概念）分别读取1字节，这样是并行的，一次IO就可以解决。

• 并且cpu读取数据，在偶数上读取速度更快，如果没有对齐，比如8个字节，从1地址开始，到8地址结束，则需要先读取0-7，再读取8-15，再把两次读取的数据拼接起来，中间增加了很多操作。如果数据保存在0-7位置上，只需要读取一次就行，并且获得数据的时候直接从0位置开始就好了，而不用计算偏移从1开始。

• 结构体的大小为什么需要按照最大成员变量填充对齐呢？也是因为这个原因，cpu读取内存数据可以说是固定位置大小读取的，64位系统就是从内存的0-7开始，然后是8-15，16-23以此类推。如果结构体最后没有填充，按照最大变量类型对齐，就会导致连续的结构体数据（比如结构体数组）中的变量位置不再合理。比如int64，本来是0-7，8-15，两次读取就可以完成，如果因为前面没对齐，导致下一个结构体起始位置不对，int64有可能从2开始，那么就是2-7，8-15，16-17，需要三次才能取出来，还要拼接，并且像蝴蝶效应一样，会导致下面的数据出现更多这种问题。

typedef struct structc_tag
{
   char        c;
   double      d;
   int         s;
} structc_t;

按照参考网站给定的例子，c占用1个，填充7个，因为d要从其倍数开始，d占用8个，s占用4个，如果s后面不填充，那么结构体大小是20，如果定义structc_t structc_array[3];就会导致第二个数据是从20开始，d就会从28开始保存，导致读取数据出现上面说的，需要3次，还要拼接，所以结构体最后也要满足条件，就是最大变量的倍数，所以strctc_t是24，int后面需要填充4.

• 除了结构体，实际上参数传递，局部变量等等，凡是需要读写内存的数据，理论上都会进行对齐操作，当然都是系统自己处理的，目的就是为了简化系统架构设计，增加效率，减少出错和干扰。如果有非对齐的数据会怎么样，这个要根据系统架构而定，支持的架构是没问题的，而不支持的架构就会报错。

• 为什么不能对每个内存区域单独操作呢？现在我们知道，读取内存每次读取8字节（64位cpu），每次偏移是固定的一个参数，偏移0，就是0-7，偏移1，就是8-15，为什么不能为每一条通道增加一个偏移，单独计算，这样就可以随意读取，也不用对齐。这还是为了稳定性和简介性。如果增加8个，cpu设计复杂度会大大增加，各个通道间的信号干扰也会增加，导致cpu出错，计算也会增加，实际上性能可能并不理想，综合考虑，才变成了现在的设计。

• 这样做会浪费内存吗？肯定会浪费内存，所以合理的安排结构体的顺序，尽量减少对齐