C生万物 | 校招热门考点 —— 结构体内存对齐

一、前言

在结构体章节，我们掌握了结构体的基本使用，但是现在我要你去计算一个结构体的大小，你会怎么做呢？

• 现在我定义了两个结构体，通过观察可以发现它们内部的成员变量都是一样的，均有c1、c2、i三个成员变量，那此时分别去计算它们两个结构体的大小， 最后的结果会是多少呢？会是一样的吗

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

struct S2 {
   
   
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

int main(void)
{
   
   
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

• 通过运行可以发现两者是不一样的，这是为什么呢？如果你没有结构体内存对齐的相关知识，那相信你一定会这么去计算：
  • 在结构体S1中，c1的类型为【char】，是1个字节；
  • i的类型是【int】，是4个字节
  • c2的类型为【char】，是1个字节；
• 那么最后的结果就是1 + 4 + 1 = 6B，可事实呢，原不止这些。。。

结构体偏移量计算：offsetof

• 就上面这么来看还是看不出什么细节的内容，给读者介绍一个宏叫做offsetof，它可以用来计算结构体成员相对于起始位置的偏移量

它的第一个参数是结构体类型，第二个参数是结构体成员

printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));

• 最后，计算出来的结果分别是【0】【4】【8】，那我们可以通过画内存图来看看结构体中的三个成员变量在内存中究竟是如何分布的
• 可以看出，因为总的结构体大小为12B，可是在放完这3个成员后中间空出了三个位置，并且对于最后在c放完之后还没有到达12B，所以还得再浪费3个空间的废位置
  

为什么会出现上面这样的现象呢？对于结构体内存对齐的规则是怎样，让我们继续看下去👇

二、规则介绍

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、Linux环境默认不设对齐数（对齐数是结构体成员自身的大小）】
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

例题的分解与细说

知晓了上面这些规则后，我们再来回顾一下上面这个结构体的大小该如何计算

• 假设我这里创建一个结构体变量叫做ss，它的起始地址就从0开始，所以根据第一条规则，第一个成员变量在与结构体变量偏移量为0的地址处，而且它的类型还是char，所以只占1个内存单元