结构体内存对齐——结构体内存大小的计算

结构体类型大小的计算

我们可以使用sizeof计算变量，例如可以用sizeof(int)计算整形的大小为四个字节。

我们知道一个int类型的变量大小为四个字节，一个char类型的变量大小为一个字节。

那么，如果我们创建一个包含int a,char b类型的结构体类型struct s，此时struct s所占的内存是多少呢？按照我们的正常思维，我们会把int类型和char类型的大小直接相加，即struct s所占内存是五个字节，然而事实真的如此吗？我们再VS上进行验证。

#include<stdio.h>
int main()
{
	struct s
	{
		int a;
		char b;
	};
	printf("%d", sizeof(struct s));
	return 0;
}

运行结果如下：

奇怪的是，运行结果不为5，而为8，为什么呢？ 

原来，结构体在内存中的存储并不是简单的连续存储，而是遵从着一定的规则进行存储。

结构体的对齐规则

结构体的对齐规则如下：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。

对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。（VS中默认的值为8）

3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。

4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整

体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。
 

例一、我们以结构体类型struct s1为例：

struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};

c1大小为1个字节，作为第一个成员存储在偏与结构体变量移量为0的地址（占用0）

i大小为4个字节，对齐数为4，由于要对齐到4的整数倍的地址处，最近的即为偏移量为4的地址（占用4,5,6,7）

c2大小为1个字节，对齐数为1，同i对齐到1的整数倍的地址，最近的即为偏移量为8的地址（占用8）

目前结构体大小为九个字节，由于结构体总大小为最大对齐数的整数倍，即为4的整数倍，9个字节不足，至少要12个字节

综上所述，s1类型大小为12个字节

例二、我们再以嵌套结构体的情况为例，即以结构体类型struct s3为例：

struct S2
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S3
{
char c1;
struct S2 s2;
double d;
};

c1大小为8个字节，作为第一个成员存储在偏与结构体变量移量为0的地址（占用0）

struct s2的最大对齐数为8，由于嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，所以struct s2对齐到偏移量为8的地址（占用8~23）（易得s2占用16个字节）

d大小为8个字节，对齐数为8，对齐至偏移量为24的地址处（占用24~31）

目前结构体大小为32个字节，最大对齐数为8，,结构体总大小为最大对齐数的整数倍，符合要求

综上所述，s3类型大小为32个字节

采用内存对齐的原因

1. 平台原因(移植原因)：

不是所有的硬件平台都能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，否则抛出硬件异常。

2. 性能原因：
数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。
原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。

总体来说，结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。