假设我们要计算下面这个结构体的大小，你或许觉得大小难道不是 1+4+1=6 吗，实际上结构体对象的计算方式并不是直接计算的，需要遵循结构体内存对齐规则，至于为什么要这样做？原因放到最后再说。

struct Data
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};

结构体内存对齐规则有四点，前三点是常规结构体的计算方式，最后一点是结构体内部嵌套了一个结构体才会用上。下面就通过两个案例来了解结构体内存对齐规则。

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目录

一、案例一：简单结构体大小计算

1、第一个成员放置

2、第二个成员放置

3、第三个成员放置

4、代码验证

二、案例二：复杂结构体计算（嵌套结构体）

1、第一个成员放置

2、第二个成员放置

3、第三个成员放置

4、代码验证

三、为什么存在内存对齐？

1、性能原因

2、平台移植性

四、使用内存对齐时，如何节省空间

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一、案例一：简单结构体大小计算

1、第一个成员放置

案例一就是计算最开始抛出的结构体大小。结构体内存对齐规则：第一点，第一个成员要放在与结构体起始位置偏移量为0的位置。

即确定结构体的第一个成员的位置。我们从起始位置开始放，偏移量为0，也就是说，结构体的第一个成员就放在第 0 个位置。

2、第二个成员放置

 结构体内存对齐规则：第二点，结构体成员从第二个成员开始，要放在偏移量为对齐数的整数倍处。

其中，对齐数 = 编译器默认对齐数和变量自身大小的较小值。默认对齐数是由编译器决定的

                — VS 编译器：默认对齐数为8，对齐数 = min{8，变量自身大小}

                — Linux：无默认对齐数，对齐数 = 变量自身大小

假设我们现在使用的是VS的编译器，结构体第二个成员是 int 类型，自身大小为 4，所以对齐数 = min{4,8} = 4。那么偏移量就是4的整数倍，我们先看第 4 个位置有没有被占据，没有被占据，那就从第 4 个位置开始放。

3、第三个成员放置

第三个结构体成员的放置方式和第二个成员一样，第三个结构体成员为 char 类型，自身大小为1，对齐数 = min{1，8} = 1，此时偏移量应该为1的倍数，8 是 1的倍数，所以此时 c2 应该放在第 8 个位置上。

还没有结束，接下来就要用到结构体内存对齐原则的第三点了，结构体内存对齐规则：第三点，结构体的最终大小必须是 所有成员的对齐数中最大值  的整数倍。

struct Data
{       
 char c1;      //1 8 -> 1 (自身大小  默认对齐数  ->  对齐数)
 int i;        //4 8 -> 4
 char c2;      //1 8 -> 1
};

三个结构体成员的对齐数依次是1、4 、1，三个对齐数里的最大值为 4，即结构体的最终大小必须是 4 的整数倍，从上面排布的结果来看，当前的字节数为 9 ，因此，需要补全为12 个字节，其实就相当于浪费了3个字节。下面这个才是一个结构体的最终大小。        

4、代码验证

至于这个结构体的大小到底是不是 12，我们可以通过代码验证一下。

二、案例二：复杂结构体计算（嵌套结构体）

一个结构体中是可以嵌套其他结构体的，现在我们要计算结构体Combine的大小，又该如何计算呢？？这里就需要用到结构体内存对齐规则的第四点了。

struct Data
{
	char c1;      //1 8 -> 1 (自身大小  默认对齐数  ->  对齐数)
	int i;        //4 8 -> 4
	char c2;      //1 8 -> 1
};
 
struct Combine
{
	char c3;          //1 8 -> 1 (自身大小  默认对齐数  ->  对齐数)
	struct Data d1;   //       4
	double d2;        //8 8 -> 8
};

结构体内存对齐规则：第四点，如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体的偏移量是自己成员最大对齐数的整数倍，构体的整体大小就是最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

1、第一个成员放置

我们先看Combine的第一个成员c3，根据结构体对齐规则的第一点，直接放到偏移量为0的位置。

2、第二个成员放置

第二个成员是嵌套的结构体Data，此时它的对齐数是自己成员对齐数的最大值，即对齐数 = 4，因此，偏移量为 4 的整数倍。上面已经计算过了该结构体的大小为 12。

3、第三个成员放置

第三个成员的对齐数 = min{8,8} = 8，即偏移量为 8 的整数倍。第8个位置已经被占据了，所以我们放到第 16 个位置。

此时结构体的大小为17 个字节，结构体的最终大小是 最大对齐数的整数倍，即8 的整数倍，所以结构体的最终大小为 24。

4、代码验证

三、为什么存在内存对齐？

从上面画的图来看，在放置结构体成员的位置时，存在很多空间被浪费的情况。结构体内存对齐的做法其实是一种用空间换取时间的做法。那为什么要使用内存对齐呢？主要原因如下：

1、性能原因

假设我们要访问 结构体Data的成员 i，i是int类型，每次读取4个字节，内存不对齐的情况下，编译器不知道 i 从哪个位置开始，只能从头开始访问，直到把 i 读取完。

内存对齐的情况下，编译器知道内存对齐规则，i 一定 是在偏移量为 对齐数的整数倍处，所以可以直接开始访问，只需要一次就能读取完。

2、平台移植性

并不是所有的硬件平台都能访问内存上的任意位置的，比如有的平台只能访问到内存上4的整数倍的位置，此时如果我们把数据放在第 13 个位置，平台很有可能就无法访问到这个数据。

但是使用了内存对齐规则以后，我们会发现，几乎每个结构体成员的开始位置，都是 4 的整数倍，这样的话，移植到其他平台的时候，其他平台能够顺利访问到对应的数据。

四、使用内存对齐时，如何节省空间

内存对齐的方式其实是一种空间换时间的做法，存在浪费空间的情况，那么要如何减少空间的浪费呢？尽量让占用空间小的成员放在一起。下面我们调换一下结构体Data的成员顺序来比对一下。