C++必看：很重要的C++内存对齐模型-优快云博客

内存模型问题

空类和空结构体的sizeof：
- 在C++中，一个空类（class）或空结构体（struct）没有任何数据成员时，其sizeof为1字节。
- 这是因为C++要求每个对象占用至少1字节的空间，以确保每个对象有唯一的内存地址。
类和结构体的相同点：
- 在C++中，class和struct在内存布局和功能上几乎等价，唯一的区别是默认访问权限：
  - class默认是private。
  - struct默认是public。
- 因此，空类和空结构体的sizeof行为完全一致。
添加普通成员函数：
- 为空类或空结构体添加普通成员函数（包括构造函数、析构函数等）不会改变sizeof，仍为1字节。
- 原因：成员函数是类的行为，存储在代码段中，不占用对象实例的内存。
添加虚函数：
- 当空类或空结构体添加第一个虚函数时，sizeof会增加到虚表指针（vptr）的大小：
  - 32位系统：通常为4字节。
  - 64位系统：通常为8字节。
- 添加多个虚函数不会进一步增加sizeof，因为只需要一个虚表指针指向包含所有虚函数地址的虚表。
结构体支持成员函数：
- C++中的struct可以像class一样添加各种成员函数（普通函数、构造函数、析构函数、虚函数等），并支持面向对象特性（如继承和多态）。
- 这是C++对C语言struct的扩展，使其功能与class等价。
关键结论：
- 空类和空结构体的sizeof默认是1字节。
- 普通成员函数不影响大小，虚函数引入虚表指针后大小变为4或8字节（取决于平台）。
- 无论class还是struct，添加多个虚函数只增加一个虚表指针的开销，不会随虚函数数量线性增长。

结构体对齐

由于系统资源分配的问题，结构体占用的内存字节数并不总是所有的结构体成员的内存之和，而是会大于等于结构体成员的内存，便于提高运行效率
运行结果总是结构体中对齐要求的整数倍
对齐的要求为min(8, 最大成员占用的的字节数)，8是指的64位系统

#include <iostream>
using namespace std;

struct s1
{
    char c1; //1b  0
    int i; // 4b   4
    char c2; //1b  8
};

struct s2
{
    char c1; // 1b  0
    char c2; // 1b  1
    int i; //4b     4
};

struct s3
{
    char c1; //1b  0
    int i; // 4b   4
    char c2; //1b  8
    char c3; //1b  9
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    cout << sizeof(s1) << " " << sizeof(s2) << " " << sizeof(s3) << endl;
    
    //打印偏移量
    cout << offsetof(s3, c1) << " " << offsetof(s3, i) << " " << offsetof(s3, c2) << " " << offsetof(s3, c3) << endl;
    return 0;
}

运行结果

12 8 12

0 4 8 9
对于不同位数的成员，只能存放在指定位置：char 0 1 2 3… int 0 4 8 12… double 0 8 16
所以结构体的利用规则：体积小的永远零接着放，便于节省空间
对于嵌套的结构体，需要仔细辨认，结构体嵌套，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数，将结构体放入新的结构体，新结构体对齐到所有的最大对齐数（把嵌套的结构体当成员考虑）

#include <iostream>
struct s1
{
    double d;
    char c;
    int i;
}; //16

struct s2
{
    char c1; //0
    struct s1 s; 
    double d; 
};

/*
struct s2
{
    char c1; //0
    
    //s1的代码
    double d; //8
    char c;   //16
    int i; //20
    
    double d; //24
    -->24+8 = 32
};

*/
int main(int argc, char const *argv[])
{
    std::cout << "sizeof(s1): " << sizeof(s1) << std::endl;
    std::cout << "sizeof(s2): " << sizeof(s2) << std::endl;
    return 0;
}