结构体内存对齐与结构体类型的大小

运行这样一段代码

我们想要计算这两个结构体类型的大小，而这个结构体类型里面成员变量有一个int类型和两个char类型，大小加起来应该是六个字节，但是我们打印出来发现，结果居然是12和8，不仅不是6，甚至都两次结果都不一样大，这是为什么呢？

通过offsetof计算出struct s1各个成员变量离起始地址的偏移量分别是0,4,8,（offsetof是一个宏，具体用法这里就不展开讲了）于是我们可以画出struct s1的成员变量在内存中的分布

那也就是占了九个字节，为什么struct s1的大小会是12呢？

这就涉及到了内存对齐

首先得掌握结构体的对齐规则：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

2. 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 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。VS中默认的值为8，gcc环境没有对齐数

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处，结构体的整体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。

知道了这些规则之后再来看上面的struct s1在内存中为什么这样存储，struct s1的第一个成员变量是char类型的，因此对齐数是1，因此第一个成员变量就放在了偏移量为零的单元，第二个成员变量i是int类型的，对齐数是4，应该放偏移量是在4的整数倍的单元处，因此从4开始放四个字节，浪费了三个字节单元，第三个成员变量也是char类型的，对齐数是1，因此接着放一个字节，如图所示

一共占用了9个字节，但是根据第三条规则，结构体类型的大小必须是所有成员变量中最大对齐数的整数倍，struct s1的成员变量最大对齐数是4，9不是4的倍数，此时离着4的倍数最近的字节数是12，因此struct s1的大小是12个字节。

同样的，再来看struct s2

他的第一个成员变量是int类型的，从偏移量为零的地址处开始存放，放了四个字节，第二个成员变量是char类型的，对齐数是1，直接接着放就行，因为任何数都是1的整数倍。第三个成员变量也是char类型的，对齐数是1，接着放一个字节，发现一共用了6个字节，最大对齐数是4,6不是4的倍数，离着最近的一个4的倍数是8，因此struct s2的大小是8

结构体嵌套问题

struct s4类型的第一个成员变量是char类型的，对齐数是1，直接在偏移量为0的地址处开始存放，第二个成员变量是struct s3类型的，他的成员变量最大对齐数是8，因此他要对齐到偏移量为8的整数倍的位置，离着最近的就是从偏移量为8的位置开始存放，存放多少个字节，那就要看struct s3类型占多少个字节。

我们假设又有一块空间存放着struct s3

struct s3的第一个成员变量是double类型，对齐数是8，从偏移量为0的地址处开始存放，存放了8个字节，存到了偏移量为7的位置，第二个成员变量是char类型的，对齐数是1，接着存一个字节，存到了偏移量为8的位置，第三个成员变量是int类型的，对齐数是4，但是接下来要存的单元偏移量是9，不是4的整数倍，因此要从偏移量为12的位置开始存放四个字节，到了偏移量为15的位置。又因为struct s3的成员变量最大对齐数是8，因此struct s3所占的字节大小就是离15最近的8的整数倍也就是16.

再回到struct s4的存储，从偏移量为8的单元开始放16个字节，到了偏移量为23的位置，struct s4的第三个成员变量是double类型的，对齐数是8，而接下来要存放的位置偏移量是24，恰好是8的整数倍，因此接着存放8个字节单元到了偏移量为31的单元处。共计占用了32个字节。所有成员变量的最大对齐数是8,而32恰好是8的整数倍，因此struct s4的大小是32个字节

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边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，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。

总体来说结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。