结构体中内存对齐

1.结构体为什么要内存对齐(也叫字节对齐)：

其实我们都知道，结构体只是一些数据的集合，我们所说的结构体地址，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

2.内存对齐的规则：

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

3.来几个小例子，画画图，有助于理解：

第一个例子，代码如下：

#include <stdio.h>
struct _tag_str1
{
　　char a;
　　int b;
　　short c;
}str1;
struct _tag_str2
{
　　char a;
　　short c;
　　int b;
}str2;
int main()
{
　　printf("sizeof str1 %d",sizeof(str1));
　　printf("sizeof str2 %d",sizeof(str2));
　　return 0;
}

输出的结果分别是：str1为12 str2为8，分析的过程如下图：

看图很自然就知道了str1为12个字节，str2为8个字节。

第二个例子，上面的那个例子有好多问题还没有考虑到，比如说上面的那个例子在8字节对齐，和4字节对齐的情况都是一样的。结构体中嵌套结构体的内存对齐怎么算，所以就有了这个例子，代码如下：

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)
//#pragma pack(4)
struct S1
{
    short a;
　　long b;
};
struct S2
{
    char c;
    struct S1 d;
    double e;
};
#pragma pack()
int main()
{
    struct S2 s2;
    printf("%d", sizeof(struct S1));
    printf("%d", sizeof(struct S2));
    printf("%d", (int)&(s2.d) - (int)&(s2.c));
    return 0;
}

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：

同样，到这里又有一个字节对齐的原则要好好重申一下：就是以什么为对齐参数，首先我们要知道编译器或者自己定义的是多少字节对齐的，这个数为n。然后我们要看这个结构体中的各个数据类型，找到所占字节数最大的类型，为m。如果n大于m，就以m为对齐参数，比如说一个4字节对齐的结构体中都是short，那这个结构体以什么为对齐参数，当然是2了，如果m大于n，就以n为对齐参数，比如说在4字节对齐的情况下的double类型。