C语言，关于字节对齐的一些问题

字节对齐，依据的是当系统要访问特定类型的变量时，必须在特定的内存地址访问，这就要求各种类型的变量按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的逐个排放。其本质就是，字节对齐可以提升存取效率，也就是空间换时间。

为什么要字节对齐？

之前博主有研究过这个字节对齐相关的问题，欢迎大家来一同讨论！
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每个平台对数据存放的对齐要求都不同，如果不按照适合该平台的数据存放对齐要求，会造成存取效率上的损失。比如某个平台每次读取数据时都是从偶地址开始的，如果一个int类型（32位系统）变量存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就能读出这32bit数据，而如果该变量存放在奇地址开始的地方，那么就需要两个读周期，并且要对这两次读出的结果进行高低字节拼凑才能得出这32bit数据，明显在读取效率上就低了很多。

举个例子来说明这个字节对齐的问题

背景知识：
1、基础数据类型的自身对齐值（32位系统）
char类型自身对齐为1字节，short类型自身对齐为2字节，int、float、long类型自身对齐均为4字节，double类型自身对齐为8字节。

2、结构体或类的自身对齐值
其成员中自身对齐值最大的值。

3、指定对齐值
通过预编译指令 #pragma pack (value)来指定对齐值的大小value，取消自定义对齐值使用 #pragma pack()。

4、数据成员、结构体和类的有效对齐值
其自身对齐值和指定对齐值中较小的那个值。

例子1：如下两个结构体A、B

struct A
{
	char a;
	short b;
	int c;
};
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struct B
{
	short b;
	int c;
	char a;
};
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请问上面两个结构体的大小分别是多少？
答：对于结构体A和结构体B，a是char类型，占用1字节；b是short类型，占用2字节；c是int类型，占用4字节。因此结构体A和结构体B的自身对齐值为4字节。又因为结构体类型数据是按照顺序存储结构逐个向后排列的，因此结构体A的大小为8字节，结构体B的大小为12字节。其对应的存储方式如下图。

例子2：为C、D结构体指定对齐值

#pragma pack(2) //指定2字节对齐
struct C
{
	char a;
	int b;
	short c;
};
#pragma pack() //取消指定对齐，恢复缺省对齐

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#pragma pack(1) //指定1字节对齐
struct D
{
	char a;
	int b;
	short c;
};
#pragma pack() //取消指定对齐，恢复缺省对齐

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请问上面两个结构体的大小分别是多少？
答：对于结构体C，由于其自身对齐值为4字节，而指定对齐值为2字节，所以该结构体的有效对齐值为较小的2字节，因此结构体C的大小为8字节。对于结构体D，同理可以得知大小为7字节。其对应的存储方式如下图。

总结，整个程序在给每个变量进行内存分配时都遵循字节对齐原则，虽然这会造成内存空间的浪费，但是却能换来程序执行效率的提升。