结构体内存对齐详解

今天分享一道经典面试题，就是结构体是如何对齐的，以及结构体占几个字节

我们先来看一个例子

 typedef struct Test{
        char a;
        int b;
        char c;
 }Test_t；

大家猜猜这个结构体Test_t的内存是多少？
肯定有人说是6，两个char类型分别为1字节，int类型4字节，加起来正好是6
但是，结果是这样吗，我们来运行一下，结果为12
这是为什么呢？

这就是内存对齐导致的
什么是结构体内存对齐：
结构体不像数组，结构体中可以存放不同类型的数据，它的大小也不是简单的各个数据成员大小之和，限于读取内存的要求，而是每个成员在内存中的存储都要按照一定偏移量来存储，根据类型的不同，每个成员都要按照一定的对齐数进行对齐存储，最后整个结构体的大小也要按照一定的对齐数进行对齐。

结构体的对齐原则
1.第一个成员的首地址为0
2.其他结构体成员要对齐到某个数字（对齐数）的最小整数倍的地址处；
    对齐数=编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值
    32位linux中默认为4
    64位linux中默认为8
3.结构体的总大小，为其成员中所含最大类型的整数倍

结构体的对齐步骤：
1.结构体各成员对齐
2.结构体总体对齐

怎样计算结构体的大小
实例解析：
例一：此代码在64位linux下编写

typedef struct Test1{
        char a;
        int b;
        short c;
}Test_t1；
int main（）{
    printf("%ld\n",sizeof(Test_t1));
    return 0；
}

打印结果为12，让我们分析一下为什么结果为12
我们来看看上面所提到的结构体内存对齐规则：

a是char类型，占一个字节，第一个数据成员,放在结构体变量偏移量为0 的地址处
b是int类型，占4个字节，b的有效对齐值为4，对齐到4的整数倍地址,即地址偏移量为4处，在内存中存放的位置为4,5,6,7
c是short类型，占2个字节，b的有效对齐值为2.对齐到2的整数倍地址,即地址偏移量为8处.在内存中存放的位置为8,9
结构体整体的对齐数为所有成员的对齐数中最大的一个，对齐数为4
结构体整体大小，按照上面数据占据空间大小，计算的结构体大小10字节。
按照对齐规则，应该对齐到4的倍数，实际大小为12字节

 例二：

typedef struct Test2{
        char a；
        short c；
        int b；
}Test_t2；

int main（）{
    printf("%ld\n",sizeof(Test_t2));
    return 0；
}

结构体Test_t1与结构体Test_t2的区别仅仅只是调换了一下各成员间的顺序，那它所占的内存还是刚才的值吗？
打印结果为8，让我们分析一下为什么是8

a是char类型，占一个字节，第一个数据成员,放在结构体变量偏移量为0 的地址处
c是short类型，占2个字节，b的有效对齐值为2，依次查看2的整数倍地址是否可以存放两个字节，将占有俩个字节的b存放在地址偏移量为2和3处
b是int类型，占4个字节，c的有效对齐值为4，对齐到4的整数倍地址，即地址偏移量为4处，在内存中存放的位置为4,5,6,7
结构体整体的对齐数为所有成员的对齐数中最大的一个，对齐数为4
结构体整体大小，按照上面数据占据空间大小，计算的结构体大小8字节。
按照对齐规则，应该对齐到4的倍数，实际大小为8字节

 我们可以看到，以上两个结构体成员变量一模一样，可是当我们按照内存对齐规则来计算两个结构体的大小的时候，会发现两个结构体的大小不一样
可以见得，结构体成员变量的顺序不同，可能会造成内存不必要的损失。将占用空间小的成员尽量集中在一起，可以有效地避免内存不必要的浪费。

此时，关于结构体的大小，我们应该清楚了不少，接下来，我们继续来看道例题：

struct S1{
    double d;
    char c;
    int i;
};
int main(){
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));  //16
    return 0;
 }

它的结果是多少呢？16
解析：
        double类型占8个字节
        char占了下一个字节
        int的对齐数为4，所以空3个字节从12开始
        这个结构体的最大对齐数为8
        所以该结构体占2*8 = 16个字节

为什么要使用内存对齐：
平台移植性好：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的数据；某些硬件平台只能在某些地址访问某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常，及遇到未对齐的边界直接就不进行读取数据了。
CPU处理效率高：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。

结构体内存对齐是拿空间换取时间的做法，提高效率
关于结构体内存的讲解到此为止