【C语言】自定义类型：结构体--结构体内存对齐（用于计算结构体的大小）

结构体内存对齐

结构体内存对齐用于计算结构体的大小。

（1）对齐规则

1））结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为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变量类型大小的较小值。

vs编译器对齐数默认值为8.

linux中gcc没有默认对齐数，对齐数就是成员变量自身的大小。

3））结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有一个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。

4））如果结构体嵌套了结构体，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

例如://vs2022环境中

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

0,1,2,3...分别为地址编号，同时也可以认为是偏移量。

分析；c1是结构体的第一个成员，则对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处。而char c2;c2占一个字节，vs2022默认对齐数为8,1和8最小值为1，所以c2对齐到1的整数倍的地址处，即对齐到地址为1的地址处。int i ;i占4个字节，vs2022默认对齐数为8,4和8的最小值为4，所以i对齐到4的整数倍的地址处，即对齐到地址为4的地址处，则由此可得出struct s2的最小大小是8，而结构体的总大小是最大对齐数的整数倍，对于struct s2而言，最大对齐数为4,8是4的整数倍，所以struct s2的总大小是8.

（2）为什么存在内存对齐？

1））平台原因（移植原因）

不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某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界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要做两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。假设一个处理器是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对齐成8的倍数，那么就可以用一个内存操作来读或者写值了。否则我们可能需要指向两次内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节的内存块中。

总的来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

例如：

struct s

{
char c;

int i ;

};

未对齐的情况：

对齐的情况：

那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到：让占用空间小的成员尽量集中在一起。

struct s1
{
   char ch1;
   char c2;
   int i;

};

struct s2
{
   char ch1;
   int i;
   char ch2;

};

s1和s2中的成员是一模一样，但s1和s2所占空间的大小有一些区别。

（3）修改默认对齐数

#pragma这个预处理指令，可以改变编译器的默认对齐数。

例如：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1；
struct s
{
   char c1;
   int i;
   char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对齐数，还原为默认，对齐数默认为8