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本文目录结构
|-为什么结构体内存对齐
|-结构体内存对齐规则
|-具体举例
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一、为什么结构体内存对齐
现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特 定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。
对齐的作用和原因：各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。比如有些架构的CPU在访问 一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误,那么在这种架构下编程必须保证字节对齐.其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对 数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那 么一个读周期就可以读出这32bit，而如果存放在奇地址开始的地方，就需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数 据。显然在读取效率上下降很多。
其实我们都知道，结构体只是一些数据的集合，它本身什么都没有。我们所谓的结构体地址，其实就是结构体第一个元素的地址。这样，如果结构体各个元素之间不存在内存对齐问题，他们都挨着排放的。对于32位机，32位编译器(这是目前常见的环境，其他环境也会有内存对齐问题)，就很可能操作一个问题，就是当你想要去访问结构体中的一个数据的时候，需要你操作两次数据总线，因为这个数据卡在中间，如图：
在上图中，对于第2个short数据进行访问的时候，在32位机器上就要操作两次数据总线。这样会非常影响数据读写的效率，所以就引入了内存对齐的问题。另外一层原因是：某些硬件平台只能从规定的地址处取某些特定类型的数据，否则会抛出硬件异常。
二、结构体内存对齐的规则【未指定#pragma pack时】
a.第一个成员起始于0偏移处；
b.每个成员按其类型大小和指定对齐参数n中较小的一个进行对齐；
c.结构体总长度必须为所有对齐参数的整数倍；
d.对于数组，可以拆开看做n个数组元素。
下表是Windows XP/DEV-C++和Linux/GCC中基本数据类型的长度和默认对齐模数。
| char | short | int | long | float | double | long long | long double | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Win-32 | 长度 | 1 | 2 | 4 | 4 | 4 | 8 | 8 | 8 |
| 模数 | 1 | 2 | 4 | 4 | 4 | 8 | 8 | 8 | |
| Linux-32 | 长度 | 1 | 2 | 4 | 4 | 4 | 8 | 8 | 12 |
| 模数 | 1 | 2 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | |
| Linux-64 | 长度 | 1 | 2 | 4 | 8 | 4 | 8 | 8 | 16 |
| 模数 | 1 | 2 | 4 | 8 | 4 | 8 | 8 | 16 |
三、具体举例
例1：struct {
short a1;
short a2;
short a3;
}A;
struct{
long a1;
short a2;
}B;
sizeof(A) = 6; 这个很好理解，三个short都为2。
sizeof(B) = 8; long为4，short为2，整个为8，因为规则b。
例2：struct A{
int a;
char b;
short c;
};
struct B{
char b;
int a;
short c;
};
sizeof(A) = 8;sizeof(B) = 12。
深究一下，为什么是这样，我们可以看看内存里的布局情况。
a b c
A的内存布局：1111, 1*, 11
b a c
B的内存布局：1***, 1111, 11**
其中星号*表示填充的字节。A中，b后面为何要补充一个字节？因为c为short，其起始位置要为2的倍数，就是原则1。c的后面没有补充，因为b和c正好占用4个字节，整个A占用空间为4的倍数，也就是最大成员int类型的倍数，所以不用补充。B中，b是char为1，b后面补充了3个字节，因为a是int为4，根据原则1，起始位置要为4的倍数，所以b后面要补充3个字节。c后面补充两个字节，根据原则3，整个B占用空间要为4的倍数，c后面不补充，整个B的空间为10，不符，所以要补充2个字节。
再看两个结构中含有结构成员的例子：
例3：struct A{
int a;
double b;
float c;
};
struct B{
char e[2];
int f;
double g;
short h;
struct A i;
};
sizeof(A) = 24; 这个比较好理解，int为4，double为8，float为4，总长为8的倍数，补齐，所以整个A为24。
sizeof(B) = 48; 看看B的内存布局。
e f g h i
B的内存布局：11* *, 1111, 11111111, 11 * * * * * *, 1111* * * *, 11111111, 1111 * * * *
i其实就是A的内存布局。i的起始位置要为24的倍数，所以h后面要补齐。
例4：struct S1
{
short a;
long b;
};
struct S2
{
char c;
struct S1 d;
double e;
};
在Dev c++中，默认的是8字节对齐。我们分析下在4字节对齐的情况下输出的是，S2是20，S1是8，分析如图：
在4字节对齐的情况中，有一个问题值得注意：就是图中画1的地方。这里面本应short是可以上去的。但是对于结构体中的结构体一定要十分警惕，S1是一体的，short已经由于long进行了内存对齐，后面还空了两个字节的内存，其实此时的short已经变成了4个字节了！！！即结构体不可拆，不管是多少字节对齐，他们都是一体的。所有的圈都变成了叉。所以说结构体只能往前篡位置，不能改变整体。
我们在分析一些8字节对齐的情况，如图：
以上讲的都是没有#pragma pack宏的情况，如果有#pragma pack宏，对齐方式按照宏的定义来。比如上面的结构体前加#pragma pack(1)，内存的布局就会完全改变。sizeof(A) = 16; sizeof(B) = 32;
有了#pragma pack(1)，按1字节对齐。没错，这不是理想中的没有内存对齐的世界吗。
a b c
A的内存布局：1111, 11111111, 1111
e f g h i
B的内存布局：11, 1111, 11111111, 11 , 1111, 11111111, 1111
那#pragma pack(2)的结果又是多少呢？#pragma pack(4)呢？留给大家自己思考吧，相信没有问题。
