字节对齐规则总结（新手笔记）
1. 什么是字节对齐？
- 定义：数据在内存中的起始地址必须是某个值的整数倍（如4、8等）。
- 目的：提高CPU访问内存的效率，避免硬件错误（如ARM处理器不支持未对齐访问）。
2. 对齐规则
(1) 基本数据类型的对齐
每个类型的起始地址必须是自身大小的整数倍：
char（1字节） → 任意地址。short（2字节） → 地址是2的倍数（如0x1002,0x1004）。int（4字节） → 地址是4的倍数（如0x1004,0x1008）。double（8字节） → 地址是8的倍数（如0x1008,0x1010）。- 指针（64位系统）：占8字节，对齐到8的倍数。
(2) 结构体成员的对齐
-
规则：每个成员起始地址满足以下较小值：
- 成员自身大小；
- 编译器默认对齐系数（通常为4或8）。
-
示例：
C struct Example { char a; // 占1字节 → 对齐到1的倍数（地址0） int b; // 占4字节 → 对齐到4的倍数（地址4） };char a后填充3字节，使int b从地址4开始。- 结构体总大小：1（a） + 3（填充） + 4（b） = 8字节。
(3) 结构体整体对齐
-
规则：结构体的总大小必须是以下值的整数倍：
- 结构体内最大成员的对齐值；
- 编译器默认对齐系数。
- 取两者的较小值。
-
示例：
C struct Test { char a; // 1字节，对齐要求1 double b; // 8字节，对齐要求8 };char a后填充7字节，double b从地址8开始。- 结构体总大小：1（a） + 7（填充） + 8（b） = 16字节（满足8的倍数）。
(4) 数组的对齐
- 规则：数组元素按基本类型对齐规则连续排列。
- 示例：
int arr[3]占用12字节（3×4字节），起始地址是4的倍数。
3. 对齐问题示例
示例1：顺序影响空间
C
// 顺序优化前（占用12字节）
struct Bad {
char a; // 地址0
// 填充3字节
int b; // 地址4
char c; // 地址8
// 填充3字节（结构体总大小需是4的倍数）
};
// 顺序优化后（占用8字节）
struct Good {
int b; // 地址0
char a; // 地址4
char c; // 地址5
// 填充2字节（总大小8字节，满足4的倍数）
};
示例2：跨平台差异
- 32位系统指针占4字节，64位系统占8字节 → 结构体大小可能不同。
4. 如何手动控制对齐？
(1) 编译器指令
-
#pragma pack(n)：强制编译器按n字节对齐。C #pragma pack(1) // 关闭填充，按1字节对齐 struct Tight { int a; // 地址0 char b; // 地址4（无需填充） }; // 总大小5字节 #pragma pack() // 恢复默认对齐
(2) 强制取消填充（GCC）
C
struct __attribute__((packed)) Unaligned {
int a; // 地址0
char b; // 地址4
}; // 总大小5字节
5. 常见误区
- 误区1：对齐系数越大越好 → 可能浪费内存。
- 误区2：所有平台对齐规则相同 → 实际需考虑硬件和编译器差异。
6. 总结
| 核心规则 | 说明 |
|---|---|
| 基本类型对齐 | 地址是自身大小的整数倍 |
| 结构体成员对齐 | 起始地址取自身大小和编译器系数的较小值 |
| 结构体整体对齐 | 总大小是最大成员对齐值的整数倍 |
| 手动控制对齐 | #pragma pack或编译器属性 |
优化技巧：
- 按成员大小降序排列结构体（大成员在前）→ 减少填充。
- 跨平台代码慎用强制对齐 → 可能引发兼容性问题[。]
