[C语言]（详细）结构体的内存对齐（规则、存在原因、默认对齐数的修改等+实例分析）

总目录
1.结构体内存对齐的规则
2.实例图文分析
3.为什么存在结构体内存对齐(+实例分析)
4.修改默认对齐数
5.结构体成员的排序
6.最后

1.结构体内存对齐的规则

1.第一个成员在结构体变量为0的地址处

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=编译器默认的对齐数与该成员大小的较小值

3.结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍

4.如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍数，结构体的总大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍

（vs的默认对齐数为8，linux没有默认对齐数）

2.实例图文分析

这里我们使用vs进行演示
例①

>由规则1 “第一个成员在结构体变量为0的地址处”,故c的位置在0地址处(橙色部分)，又因为是char类型，只占第一个字节
>由规则2，该成员变量为int类型，大小为4个字节，比vs默认对齐数8要小，故i对齐到对齐数4的整数倍即下标为4的位置(绿色部分)，并向下占用4个字节
>同理，d为double类型，大小与默认对齐数相同，故从i的结束位置向下找8的整数倍数，并占用8个字节
>蓝色部分即为结构体内存对齐遵循规则浪费的空间

执行程序的结果如下

>照应规则3: 由结果值为16，该结构体的最大对齐数为8，结构体总大小为16，为最大对齐数的整数倍

例②

>同例①一样，c1的位置从S2的起始位置0处开始
>由例①知，struct S1 s1的大小为16，大于默认对齐数，则对齐数为较小值8，故从对齐数的整数倍下标为8的地址处开始，并向下占用16个字节
>d1的大小是8个字节，与默认对齐数一致，故向下取8的整数倍，而24恰好为8的整数倍，则从24开始向下占用8个字节
>蓝色部分即为结构体内存对齐遵循规则浪费的空间

执行程序的结果

>照应规则4，例②嵌套了结构体(S1)，且嵌套的结构体(S1)对齐到自身成员内最大对齐数8的位置，而结构体(S2)的总大小为32，恰好为S1的整数倍

3.为什么存在结构体对齐

大多参考资料说法:

1.平台原因(移植原因)：并不是所有的硬件平台都能访问任意地址的任意数据，一些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
2.性能原因:数据结构（尤其是栈）应该尽可能地在自然边界上对齐。因为，当访问未对齐的内存时，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。

书面语当然难以理解，举个例子

>上图为存在内存对齐，下图不存在内存对齐，假设系统一次读取4个字节
>当读取i的时候，上图先读取前四个块，再读取后四个块，一次可以读完i
>而下图第一次读前四个块，第二次读后四个块，将i分两次读完

可以看出内存对齐后的效率有所提升，由此可以得出结论
结构体的内存对齐是拿空间换取时间的做法

4.修改默认对齐数

不多说，看代码

#include <stddef.h>
#pragma pack(2)//修改默认对齐值
struct S
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//结束对默认对齐数的修改

int main()
{	
	printf("%d\n", sizeof(struct S));
	return 0; 
}

>上述代码块，在一定范围内将默认对齐数改为了2

5.结构体成员的排序

一个小建议，当使用结构体的时候可以适当的调整结构体成员的排序，因为不同的排序可能导致结构体的总大小有所差异，正确的排序可以占用更少的大小
简单举个例子

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
}s1;

struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
}s2;

void main()
{
	printf("%d\n", sizeof(s1));//12
	printf("%d\n", sizeof(s2));//8
}

6.总结

学习路上一路加油!