结构体的内存对齐

结构体内存对齐的规则

1. 结构体的第一个成员直接对齐到相对于结构体变量起始位置为0的偏移处。
2. 从第二个成员开始，要对齐到某个【对齐数】的整数倍的偏移处。
3. 对齐数：结构体成员自身大小和默认对齐数的较小值（vs的默认值是8）（Linux没有默认对齐数,对齐数就是结构体成员的自身大小）
4. 结构体的总大小，必须是最大对齐数的整数倍。每个结构体成员都有一个对齐数，其中最大的对齐数就是最大对齐数。
5. 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。

举个例子

struct tagTest1
{
    short a;
    char d;
    long b;
    long c;
};
int main()
{
    struct tagTest1 stT1;

    printf("%d“, sizeof(stT1)); //12
    return 0;
}

short a因为是第一个成员，所以直接从结构体变量起始位置为0的偏移处开始。(short的对齐数是2)
char d是第二个成员，要对齐到char类型的整数倍的偏移处。（char的对齐数是1）
long d,c跟char一样，要对齐到自己类型的整数倍的偏移处。（long的对齐数是4）
红色块的就是浪费的空间，虽然内存不要钱，但是为啥要浪费呢？我后面会讲为啥要浪费。
所以tagTest1的大小是12字节,0-11（0也是一个字节）所以一共是12个字节，12是tagTest1里面最大对齐数的倍数。

下面是嵌套了结构体的代码

struct tagTest1
{
    short a;
    struct tagTest2 stT2;
    char d;
    long b;
    long c;
};
struct tagTest2
{
    long b;
    short c;
    char d;
    long a;
};
int main()
{
    struct tagTest1 stT1;

    printf("%d", sizeof(stT1));
    return 0;
}

short a因为是第一个成员，所以直接从结构体变量起始位置为0的偏移处开始。(short的对齐数是2)
第二个成员是结构体，对齐到他的最大对齐数的整数倍的偏移量，然后加上他自己的大小。
char d要对齐到char类型的整数倍的偏移处。（char的对齐数是1）
long d,c跟char一样，要对齐到自己类型的整数倍的偏移处。（long的对齐数是4）
所以stT1的大小是28字节，0-27,（0也算一个字节）28是stT1最大对齐数的倍数。
红色是浪费的内存空间。

如何知道某个结构体成员变量相对于结构体起始位置的偏移量呢

我们可以使用offsetof这个宏,他的第一个参数是结构体的变量名，第二参数是结构体的成员名。不懂得可以看上面那个图

struct tagTest2
{
    long b;
    short c;
    char d;
    long a;
};
struct tagTest1
{
    short a;
    struct tagTest2 stT2;
    char d;
    long b;
    long c;
};
int main()
{
    struct tagTest1 stT1;

    printf("%d %d %d %d %d", 
        offsetof(struct tagTest1, a), //第一个参数是结构体的变量名，第二个是结构体的成员名。
        offsetof(struct tagTest1, stT2),
        offsetof(struct tagTest1, d),
        offsetof(struct tagTest1, b), 
        offsetof(struct tagTest1, c)) ;
    //运行结果是0 4 16 20 24 
    return 0;
}

修改默认对齐数

#pragma pack(4) //设置默认对齐数
//#pragma pack() 恢复默认对齐数
struct tagTest2
{
    long b;
    short c;
    char d;
    long a;
};
int main()
{
    struct tagTest2 stT2;

    printf("%d", sizeof(stT2)); //11
    return 0;
}

第一个老规矩是从0偏移量开始的
因为我把默认对齐数设为1，所以没有一个空间浪费，所以这次的结构体一共是11个字节，为啥捏，因为对齐数是结构体成员自身大小和默认对齐数的较小值，而1比他们都小（除了char）。所以对齐数变成了1，这次结构体也是11字节，而不是12字节。

为啥要存在内存对齐

1. 平台原因（移植原因）

大部分的参考资料都是如是说的

不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据；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。（所以会有被浪费的内存）
总体来说

结构体的内存对齐是拿空间换取时间的做法。

那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到呢

让占用空间小的成员变量集中在一起

就像这样

struct tagTest2
{
    char d;
    int  c;
    char a;
};
struct tagTest1
{
    char a;
    char d;
    int  c;
};
int main()
{
    struct tagTest2 stT2;
    struct tagTest1 stT1;

    printf("%d %d", sizeof(stT2),sizeof(stT1)); //stT2=12 stT1=8
    return 0;
}

第一个就是8字节 第二个就是12字节

xdm写的不好，如果大家觉得我有说得不对的话，欢迎大家批评指导。