结构体内存对齐

     在知道了结构体类型的基本使用之后，我们需要深入探讨一个问题，即计算结构体的大小，这也是一个热门的考点：结构体内存对齐。

目录

一、结构体的对齐规则

二、例题

2.1 例题一

 2.2 例题二

2.3 例题三

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三、为什么存在内存对齐？

3.1 平台原因：

3.2 性能原因：

四、结构体成员变量的建议

五、修改默认对齐数

一、结构体的对齐规则

     所以结构体在内存中到底是怎么开辟空间的？实际上结构体在内存中开辟空间有以下几点对齐规则：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
2. 其他的成员变量要对齐到某个【对齐数】的整数倍的偏移处。【对齐数】：结构体成员自身大小和编译器默认对齐数的较小值，在vs中默认对齐数是8.
3. 结构体的总大小，必须是最大对齐数的整数倍，每个结构体变量都有一个对齐数，其中最大的对齐数就是最大对齐数。
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。

二、例题

     在下面的例题中，我们直接使用结构体的对齐规则来做。

2.1 例题一

struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
 
int main()
{
	struct S2 s2;
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

问题分析：
 

 2.2 例题二

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
 
int main()
{
	struct S3 s3;
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));
	return 0;
}

 

问题分析：
 

2.3 例题三

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
 
int main()
{
	struct S4 s4;
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
}

 

问题分析：

 

三、为什么存在内存对齐？

3.1 平台原因：

     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。

3.2 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。

例如：假设32位机器CPU读取时一次读4个字节，

总体来说：

结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。 

四、结构体成员变量的建议

     在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，这时候我们想到让占用空间小的成员尽量集中在一起的方式。

例如：

struct s1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};   //结构体的大小是12个字节
 
struct s2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};    //结构体的大小是8个字节

五、修改默认对齐数

     在上面求结构体的大小时，对齐数使用的很多，在vs编译环境下，默认对齐数是8，但是对于默认对齐数我们也是可以进行修改的。

    之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。

#pragma pack(1)   //设置默认对齐数是1
struct S2
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()  //取消设置的默认对齐数，还原为默认

结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数。