详解结构体内存对齐

目录

前言

一、内存大小的计算

1.规则

2.练习

二、为什么要有内存对齐

1.移植原因

2.性能原因

三、修改默认对齐数

总结

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前言

本文针对结构体大小的计算进行深度剖析。结构体的大小要遵守内存对齐，在绝大数情况下，会浪费空间。但是有其的价值，仔细阅读本文，将会对内存对齐有深刻的认识，知其本因。

一、内存大小的计算

1.规则

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处

2. 从第二个成员开始，以后每个成员都要对齐到某个对齐数的整数倍位置

这个对齐数是自身成员大小和默认成员对齐数的较小值

备注：

vs环境下默认成员对齐数是8

3.当成员全部放入后，结构体的总大小必须是所有成员对齐数中最大对齐数的整数倍
 

4.如果嵌套了结构体，嵌套的结构体成员要对齐到自己成员的最大对齐数的整数倍处。

整个结构体的大小，必须是最大对齐数的整数倍，最大对齐数包含嵌套结构体的对齐数。

以上这是最常见的计算，下面我将通过就几道题帮大家理解

2.练习

1）计算大小

struct S1
{char c1;int i;char c2;
};

答案：12

详解：

以32位系统为例子
第一个char 类型c1 大小为1，放在偏移量为0的位置上

第二个元素为int 大小为4，要放在某个对齐数上，这个对齐数是自身4和默认对齐数8的较小值  4  .所以i要放在4的倍数上，离i最近的位置偏移量为4，所以之前浪费了三个空间

第三个元素c2,要放在自身大小1和默认对齐数8的较小值1的倍数上，由于i以及占用了7的位置，所以c2要放在偏移量为8的位置上，总计大小为1+3+4+1=9

最后计算总结构体的大小，成员最大对齐数是4 ,但是上述分析为9，不满足4的倍数，就要浪费3个空间，到12上。

下面就通过一张图解来帮助理解

2)、计算大小

struct S2
{char c1;char c2;int i;
};

答案：8

题解：

第一成员c1在偏移量为0处。

c2对齐到在自身大小1与默认对齐数8的较小值1的整数倍处，就是在1处。

i对齐到4的倍数处，这里就是4，之前浪费了2个空间

大小是1+1+2+4=8 是成员最大对齐数4的整数倍，所以结构体大小就是8

 3）、计算大小

struct S3
{double d;char c;int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

 答案：16

题解：

d在偏移量为0处，往后占8个空间

c要对齐到1的倍数处，本题为9

i要对齐到4的倍数处，本题要对齐到12，之前浪费3个空间，之后往后占4个空间

总大小8+1+3+4=16 是成员最大对齐数8的整数倍，所以结构体大小为16

4）、结构体嵌套

struct S4
{char c1;struct S3 s3;double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

题解：

c1在偏移量为0处，往后占用一个空间

s3要对齐到某个对齐数的整数倍数处。由于s3是结构体，结构体成员的对齐数是自己的最大对齐数，也就是s3中d的对齐数，所以要对齐到8处。往后占用16个空间

d要对齐到8的整数倍数处，也就是24，往后占用8空间

总大小1+7（浪费空间）+16+8=32，是最大对齐数8的整数倍，所以结构体大小为32

答案：32

二、为什么要有内存对齐

1.移植原因

不是所有的平台都能访问任意空间的数据，所有就要存在一个规定，保证有效移植

2.性能原因

在32位上，硬件在（栈区）访问一次是4字节，存在内存对齐，在访问相同数据时能减少访问次数。以空间换时间。

所以在设计结构体时，尽量让内存小的成员放在一起

就比如题目1和题目2，二者的成员变量相同，但是顺序不同，占用的空间大小不同

所以：

结构体内存对齐的意义就是以空间换时间，设计时，尽量将小成员放一起。

三、修改默认对齐数

#pragma pack( 要修改的数)

修改默认对齐数，一般都是2的n次方

总结

结构体内存对齐是常考点。在进行对齐时，一般总会浪费掉空间，但是却有利于移植，有助于提升效率。内存对齐掌握上述的4条规则，便可游刃有余。

我是凡凡，感谢大家阅读！