C语言之字节对齐解析

这两天去面试被连续两次问到的字节对齐的问题，虽然都回答对了，但是回来研究了一下具体的原理，发现自己回答对其实纯属侥幸（当然也是面试官问的相对比较简单，呵呵），不知道以后还会不会被问到类似的问题，现在总结一下，同时也让自己能加深记忆，OK，废话不多说，先上两个面试官问到的问题：

struct myStruct{
    int a;
    char b;
    int c;
    char d;
}ms;

题目大概就是这样，然后问sizeof(ms)的值是多少。

说到这里，如果不太了解字节对齐的朋友可以会说是10。但是，sizeof的结果是16，你可能会感叹：哎呦我次奥，这是为毛。嘎嘎，其实我一开是也是这么感叹的。没关系，听我下面慢慢给你讲解。

既然说到了字节对齐，那首先就要说一下字节对齐的正确方式：

对于标准数据类型，它的地址只要是它的长度的整数倍就行了，而非标准数据类型按下面的原则对齐：
　　
　　数组 ：按照基本数据类型对齐，第一个对齐了后面的自然也就对齐了。 
　　联合 ：按其包含的长度最大的数据类型对齐。 
　　结构体： 结构体中每个数据类型都要对齐。

上面说的很清楚了，那么我们现在来分析一下上面的例子：

1，大家应该知道基本类型所占的字节数，即：int占4个字节，char在1个字节

2，这里要明确一下，GNU gcc 也是默认4字节对齐。

3，看到字节对齐的方式关于结构体的那条，即：结构体中每个数据类型都要对齐。

通过上面三点，大家是不是感觉有点似懂非懂的赶脚了，哈哈，不太明白也没关系，听我下面接着说。

我们来对a,b,c,d四个成员一一分析：

首先我们假设结构体的地址是从0x0000开始的（为毛这么假设？后面会讲到。其实不用假设，因为每次都是从%4为0的地址开始的）

1，int a 占4个字节，即：0x0000,0x0001,0x0002,0x0003。

2，char b 占1个字节，即：0x0004。

3，int c 占4个字节，即：0x0008,0x0009,0x000A,0x000B。

4，char d占1个字节，即：0x000C。

看完上面四个成员内存的存放地址，你可能又要发出疑问：“哎呦我次奥，这是为毛”。哈哈，这就是通过内存对齐后出现的内存存储的正确形式。

好，下面我们一条一条的分析这是为毛。

首先，“1，int a 占4个字节，即：0x0000,0x0001,0x0002,0x0003。”这句大家应该都没什么疑问，就是四个联系的字节存放。

其次，“2，char b 占1个字节，即：0x0004。”这个大家应该也没什么疑问，就是一个char的存放，占了一个字节。

再次，“3，int c 占4个字节，即：0x0008,0x0009,0x000A,0x000B。”这个大家应该也没疑问（哈哈，可能大家看到这儿就要有骂人的冲动了：“哎呦我次奥，你这是在逗我们吗？”，哈哈，开个玩笑）这个大家应该很有疑问，为毛这样呢？

大家请往一开始讲到的正确的对齐方式看，你会发现这句话挺有意思的”对于标准数据类型，它的地址只要是它的长度的整数倍就行了“就是这句啦，当然还要加上这句：”2，这里要明确一下，GNU gcc 也是默认4字节对齐。“。

这也就能说明为什么c的内存地址是从0x0008开始，而不是0x0004开始，因为gnu gcc默认是四字节对齐的，这也做是为了保证CPU的读取数据的效率（因为x86架构的cpu一般是一次读取四个字节），假设c是从0x0005开始的，那么，cup读取c的时候就要读取两次了（首先读取0x000--0x0003,然后在读取0x0004--0x0007,最后在读取0x0007之后的字节，而c的存放地址是0x0005--0x0008，所以要读取两次，然后CPU还要去”从两次数据的读取总’拼出‘成员c的值，这样效率就是大打折扣）。

最后，”4，char d占1个字节，即：0x000C。“这句大家应该也有疑问了，因为这样的话，结构体ms的值应该是13而不是16啊，因为char d之后没有数据了为毛还要对齐？我只能说能提出这样疑问的同学是真正看懂上面的解释的好同学。我为你们点32个赞啊，我看好你们哦。

那么，为毛是16而不是13，这就又要大家往上看，大家会看到这句话其实挺有意思”结构体： 结构体中每个数据类型都要对齐。”这句话其实就说明了原因了，因为结构体中最长的是int型的，所以，最后的char d后面也要补三字节进行对齐。这样也就能解释我刚才说到的“首先我们假设结构体的地址是从0x0000开始的（为毛这么假设？后面会讲到。其实不用假设，因为每次都是从%4为0的地址开始的）”这句了，因为结构体每个成员都会对齐，所以，每个结构体的起始地址即：0x0XXX("XXX"代码任意值）%0x0004=0。

OK，大家看到这儿应该也大致了解的字节的自动对齐了，哈哈，今天就讲到这里。不对，我说了有两个道题来着呢，这才一道啊，OK，那我现在就把第二到也提出来，代码如下：

struct myStruct{
    char a;
    int b;
    char c[10];
    
}ms;

大家认为sizeof（ms)的值会是多少？哈哈，是20啦，这个和上面的对齐规则大致相同，当然要好好理解理解这一句”数组 ：按照基本数据类型对齐，第一个对齐了后面的自然也就对齐了。“
OK，今天就到这里了，好困，得赶紧碎觉了，大家晚安。