内存对齐
虽然所有的变量最后都会保存到特定地址的内存中，但相应的内存空间必须满足内存对齐的要求。主要出于两个方面的原因：
- 平台原因：不是所有的硬件平台（特别是嵌入式系统中使用的低端微处理器）都能访问任意地址上的任意数据，某些硬件平台只能访问对齐的地址，否则会出现硬件异常。
- 性能原因：如果数据存放在未对齐的内存空间中，则处理器访问变量时需要做两次内存访问，而对齐的内存访问仅需要一次访问。
在32位微处理器中，处理器访问内存都是按照32位进行的，即一次读取或写入都是4个字节，比如，地址0x0 ~ 0xF这16字节的内存，对于微处理器来说，不是将其看作16个单一字节，而是4个块，每块4个字节，详见图2.4。
显然，只能从0x0、0x4、0x8、0xC等地址为4的整数倍的内存中一次取出4个字节，并不能从任意地址开始一次读取4个字节。(个人：先作为结论记住)
假定将一个占用4字节的int类型数据存放到地址0开始的4字节内存中，其示意图详见图2.5。
由于int类型数据存放在块0中，因此CPU仅需一次内存访问即可完成对该数据的读取或写入。反之，如果将该int类型数据存放在地址1开始的4字节内存空间中，其示意图详见图2.6。
此时，数据存放在块0和块1两个块中，若要完成对该数据的访问，必须经过两次内存访问，先通过访问块0得到该数据的3个字节，再通过访问块1得到该数据的1个字节，最后通过运算，将这几个字节合并为一个完整的int型数据。
由此可见，若数据存储在未对齐的内存空间中，将大大降低CPU的效率。但在某些特定的微处理器中，它根本不愿意干这种事情，这种情况下，就出现系统异常，直接崩溃了。
内存对齐的具体规则如下：
- 结构体各个成员变量的内存空间的首地址必须是“对齐系数”和“变量实际长度”中较小者的整数倍。假设要求变量的内存空间按照4字节对齐，则内存空间的首地址必须是4的整数倍，满足条件的地址有0x0、0x4、0x8、0xC……
- 对于结构体，在其各个数据成员都完成对齐后，结构体本身也需要对齐，即结构体占用的总大小应该为“对齐系数”和“最大数据成员长度” 中较小值的整数倍。
一般来说，对齐系数与微处理器的字长相同，比如，32位微处理器的对齐系数是4字节，变量的实际长度与其类型相关，计算类型长度的方法如下：
printf("sizeof(char) = %d\n", sizeof(char));
printf("sizeof(int) = %d\n", sizeof(int));
printf("sizeof(long) = %d\n", sizeof(long));
printf("sizeof(float) = %d\n", sizeof(float));
printf("sizeof(double) = %d\n", sizeof(double));
该程序的输出为：1、4、4、4、8。
假定CPU为32位微处理器，对齐系数为4，结构体变量data的定义如下：
struct data_test {
char a;
short b;
char c[2];
double d;
char e;
int f;
char g
}data;
结构体的各个成员都是从结构体首地址（其由编译器保证必然满足内存对齐的要求，假定为0）开始计算，按照定义的顺序依次存放各个成员，详见表2.1。
实际存放位置使用[x,y]表示，x表示起始地址，y表示结束地址。如果x与y相等，则直接使用[x]表示。
- 以成员b为例，其长度为2，小于对齐系数，因此按照2字节对齐，就要求其地址必须是2的倍数，地址0已经被成员a占用，则只能使用满足要求的邻近的内存空间[2,3]存放成员b。而空间[1]由于不满足存放成员b的要求，则只能被弃用。特别地，对于数组成员c，存放时不能将其看作一个整体，即长度为2的成员，应该分别看作两个成员c[0]和c[1]。由此可见，实际存放位置为[0,24]，1、6、7、17、18、19部分内存空间被弃用。
- 当所有成员存放完毕后，则结构体本身也需要对齐，即结构体的大小也应该为对齐字节数的整数倍，对齐字节数取长度最长的成员和“对齐系数”的较小值。在这里，其长度最长的成员为double类型的成员d，其长度为8，大于对齐系数，因此结构体本身也要按照4字节对齐，其占用的空间大小必须是4的整数倍。虽然当前存放位置为[0,24]，只占用了25个字节。由于必须满足4的整数倍，因此实际上结构体占用的空间是28个字节，即[0,27]。
验证结构体占用空间大小的方法如下：
printf("sizeof(data) = %d\n", sizeof(data));
虽然所有成员的总长度为19个字节，但结构体实际占用了28个字节，多余的9个字节空间为内存对齐弃用的空间，即1、6、7、17、18、19、25、26、27，分为4个段：[1]，[6,7]，[17,19]，[25,27]。
查看表2.1可知，这些浪费空间的前面，存放的都是char型数据，由于char型数据只占用一个字节，往往使得其紧接着的空间不能被其它长度更长的数据使用。 为了降低内存浪费的概率，应该在char型数据之后，存放长度最小的成员。即在定义结构体时，应按照长度递增的顺序依次定义各个成员。优化示例结构体的定义如下：
struct data_test{
char a;
char c[2];
char e;
char g
short b;
int f;
double d;
}data;
类似地，依次存放各个成员，详见表2.2。
所有成员实际存放位置为[0,19]，中间的地址为5的内存空间被弃用。由于结构体占用的大小为20个字节，已经是4的整数倍，因此无需再做额外的处理。
结构体只浪费了1个字节空间，使用率达到95%。显然，通过优化结构体成员的定义顺序，在同样满足内存对齐的要求下，可以大大地减少内存的浪费。
