内存对齐原则

灵魂拷问之为什么需要内存对齐规则，难道按照内存依次排序不好嘛？

内存对齐的原因

1.平台原因（移植原因）： 一些资料上是这样说的，“不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据；某些硬件平台只能在某些特定地址处取某些特定的数据，否则就会抛出硬件异常”。也就是说在计算机在内存读取数据时，只能在规定的地址处读数据，而不是内存中任意地址都是可以读取的。

2.效率原因： 正是由于只能在特定的地址处读取数据，所以在访问一些数据时，对于访问未对齐的内存，处理器需要进行两次访问；而对于对齐的内存，只需要访问一次就可以。 其实这是一种以空间换时间的做法，但这种做法是值得的。

结构体内存对齐原则

1.第一个成员在结构体变量偏移量为0 的地址处，也就是第一个成员必须从头开始。

2.其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数 为编译器默认的一个对齐数与该成员大小中的较小值。mac 64位系统下默认应该是8字节（当然可以通过#pragma pack（）修改），但修改只能设置成1，2，4，8，16.

3.结构体总大小为最大对齐数的整数倍。（每个成员变量都有自己的对齐数）

4.如果嵌套结构体，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（包含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

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看到这里，一个字晕啊，两个字好晕啊，什么最大对齐数，什么对齐数的整数倍，该怎么理解这些原则呢，来，对比上面各种数据类型所占内存空间大小的图， 看看下面的实例，

例1

结果打印出来是8，试着用上面的原则分析下如果计算结构体s1的内存大小，根据上面原则一，char c1 在结构体地址偏移量为0也就是最开始处，1个字节，char c2 占1个字节 参考对齐原则2，需要对齐到对齐数整数倍的位置，对齐数=编译器默认的对齐数与该成员大小种比较小的那一个，在不更改编译器默认对齐数的情况下，1字节小于编译器默认对齐数8字节，那么char c2在地址偏移量为1的地址空间开始，int i 占4个字节，按照对齐原则2，需要对齐到对齐数4的整数倍，也就说int i的内存地址是在地址偏移量为4的地址空间开始，所以最后结果是8.

我们来看下内存分布图

例2：

带着刚刚例1分析完的思路我们再来分析例2，char c1 占1个字节，在偏移量为0的开始处，int i 占4个字节，需要对齐到4的整数倍，在偏移量为4的地址空间处开始，char c2 占一个字节，需要对齐到1的整数倍，这时候 4 + 4 + 1 = 9，此时参考内存对齐原则3，结构体总大小为最大对齐数的整数倍，struct s2结构体内最大对齐数就是int i变量的对齐数4，也就是说s2的内存大小必须是4的倍数，我们已经使用了9个字节的空间，那么最后s2的内存大小为12，这是结合内存对齐原则1、2、3的使用。

我们来看下内存分布图

例3：

首先我们先计算结构体s3的内存大小，double d 占8个字节，在偏移量为0的开始处，char c 占1个字节，根据对齐原则2，对齐到1的整数倍，也就是从偏移量为8的地址空间开始，int i 占4个字节，对齐到4的整数倍，也就是偏移量为12的地址空间开始，那么s3的结构体大小就为16，符合对齐原则3，结构体总大小为最大对齐数的整数倍。继续分析结构体4，char c1 占1个字节，在地址空间开始处，struct3 占16个字节，根据对齐数的定义（对齐数=编译器默认的对齐数与该成员大小种比较小的那一个），s3对齐到编译器默认对齐数8的整数倍，也就是从偏移量为8的地址空间处开始，double d 占8个字节，对齐到8的整数倍，也就是从地址空间偏移量为24的地方开始，最后计算得出 s4的结构体内存大小为32，对于对齐原则4的解释，我的理解是，结构体s3对齐到自己最大对齐数的整数倍处，那么s4结构的的大小是char c1, struct s3 double d，所有最大对齐数的整数倍。

我们来看下内存分布图

然后最后做个有趣的小实验，仍然是s3和s4的结构体，假如我通过#pragma pack（4） 改变编译器默认的对齐数，那么此时s4的内存大小是多少呢？

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按照例3的思路解答， 结果是28。

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PS:欢迎留言探讨交流，目的纯粹为了学习进步。

参考文献：关于结构体中的内存对齐问题