C语言结构体对齐总结

现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问都可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就是对齐。

结构体对齐包括两个方面的含义

1)结构体总长度； 
2)结构体内各数据成员的内存对齐，即该数据成员相对结构体的起始位置；

一、字节对齐的原因大致是如下两条

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。

二、没有#pragmapack宏的情况下的对齐原则

原则 1、数据成员对齐规则：结构（ struct 或联合 union）的数据成员，第一 个数据成员放在offset为 0 的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小的整数倍开始（比如 int 在 32 位机为４字节，则要从4 的整数倍地址开始 存储，char为一个字节，要从1的整数倍开始，也即是下面的要求）。

• 1 字节：char, …

• • 没有地址的限制
• 2 字节：short, …

• • 地址最低的 1 比特必须是 0
• 4 字节：int, float, …

• • 地址最低的 2 比特必须是 00
• 8 字节：double, long, char *, …

• • 地址最低的 3 比特必须是 000
• 16 字节：long double 

• • 地址最低的 4 比特必须是 0000

原则 2、结构体作为成员：如果一个结构里有某些结构体成员，则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储。（struct a 里存有struct b， b 里有char，int，double 等元素，那 b 应该从 8 的整数倍开始存储，然后b内的其他元素再按照结构体的对齐原则。）

原则 3、收尾工作：结构体的总大小，也就是 sizeof 的结果，必须是其内部最大成员的整数倍，不足的要补齐。

测试环境是在Microsoft  Visual Studio Community 2013下测试的

struct A{ int a; char b; short c; };

struct B{ char b; int a; short c; };

sizeof(A) = 8; int 为 4， char 为 1，short为 2，这里用到了原则1和原则 3。

sizeof(B) = 12;char为1，int为4，short为 2，怎么会是12？还是原则1和原则3。

每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过预编译命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16来改变这一系数，其中的n就是你要指定的“对齐系数”。

三、有#pragmapack宏规则

1.数据成员对齐规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员的对齐按照#pragmapack指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行。
2.结构(或联合)的整体对齐规则：在数据成员完成各自对齐之后，结构(或联合)本身也要进行对齐，对齐将按照#pragmapack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行。

3.结合1、2可推断：第一、如果n大于等于该变量所占用的字节数，那么偏移量必须满足默认的对齐方式，第二、如果n小于该变量的类型所占用的字节数，那么偏移量为n的倍数，不用满足默认的对齐方式。

· 使用伪指令#pragma pack (n)，编译器将按照n 个字节对齐；

· 使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐方式。

注意：如果#pragma pack (n)中指定的n大于结构体中最大成员的size，则其不起作用，结构体仍然按照size最大的成员进行对界。

例如：

#pragma pack (n)

struct naturalalign

{

char a;

int b;

char c;

};

当n为4、8、16 时，其对齐方式均一样，sizeof(naturalalign)的结果都等于12。而当n 为2时，其发挥了作用，使得sizeof(naturalalign)的结果为8。

最后顺便提一点，在设计结构体的时候，一般会尊照一个习惯，就是把占用空间小的类型排在前面，占用空间大的类型排在后面，这样可以相对节约一些对齐空间。