结构体的内存对齐

之前我们都知道int类型大小是4个字节，char类型为1个字节，double为8个字节等等。

但是结构体是由很多类型组成的，那么它的大小是多少呢？是所有类型相加之和还是另有算法？

接下俩我们将仔细的探讨它.

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  先来说结论：结构体大小不是所有类型大小的和，而是存在一种内存对齐的方式，使得结构体中类型按某种方式对齐。

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具体是怎么样的对齐方式呢？

我们先来看以下代码：

struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));

大小不是1+4+1=6个字节哦。我们先看结果：

结果是12.是不是很不符合常理呢.

接下俩废话不多说，直接上内存对齐规则，然后我再一一解析它：

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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
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。

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我们先一句话一句话来分析.

一.第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

  偏移量可以抽象的理解为在内存中的位置。后面在讲解中慢慢会理解的.非常容易

例如上面那个例子：

第一个成员是 char c1;

那么位于偏移量为0的地址处，这样画一下会更容易理解.

 其中 0 - 16数字都是偏移量，数字2代表偏移量为2，16则代表偏移量为16.

  那么按照第一条规则：第一个成员应该在偏移量为0的位置，我们放入其中：

就成了上图所示.看接下来一条规则：

2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的最小整数倍的地址处。
  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

要对齐到对齐数的整数倍。首先看对齐数是编译器默认的和该结构体成员的较小值.

 vs编译默认的是8，而我们下一个类型即第二个类型为int类型，大小为4个字节.

所以我们取较小的值，即4，所以对齐数是4.

要对其到4的整数倍，我们此时只能取4的1倍了，如果是0，则4的0倍也是0，而偏移量为0的地方已经被占用，所以只能取4的1倍，即在偏移量为4的地方，开始占用一个int字节大小，空出来的空间，如偏移量为1，2，3的地方被浪费掉，不用再理.如下图：

 

接下来，第三个成员是char c2 ： 

同样的办法，

vs编译默认的是8，而我们这个类型即char类型，大小为1个字节.

所以我们取较小的值，即1，所以对齐数是1.

然后对齐到1的最小倍数，既然是1的倍数，那肯定是多少都可以了，1，2，3，4都可，但是我们偏移量此时已经到了7的位置，所以下一个只能占用偏移量为8的位置，即8的倍数.

如下：

 此时所有成员已经对其完毕，接着看第三条规则：

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。

此时的最大对齐数为结构体成员中占用空间最大的。

结构体成员类型分别为：char、int、char

最大的类型是int，即4个字节，即最大对齐数为4个字节..

 所以结构体的总大小为4的整数倍，注意此时已经占用了9个字节，不是8个字节！

因为偏移量包括0，所以此时只是偏移量为8，但已经占用了9个字节。

所以此时只能是4的3倍数，即12个字节。若是4的2的倍数，则是8，小于我们已经占用的字节了，所以8肯定不行。

所以综上，此结构体的大小为12个字节.

这样的懂了，那下面这样的代码该如何处置呢？

struct S4
{
char c1;
struct S1 s1;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

注：s1是上面例子的是s1

我们在S4结构体里嵌套了一个S1结构体变量s1,那这样我们该如何计算呢？

首先按照第一条规则，将c1放在偏移量为0的位置.

下面重点来了，下一个成员是一个结构体的变量，此时它便不再遵循第2条规则，直接看第4条规则： 

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。

正常来说，我们将此成员的大小和编译器默认的大小作比较取最小值，然后找它的最小整倍数对齐。但是如果成员是一个结构体，它便不在按照自身的大小来计算，而是按照他自己的最大对齐数. 我们上面已经知道S1的最大对齐数是4，所以是4的倍数，此时只能从4的位置开始，即4的1倍数，如下：

 

接下来第三个成员是double类型，大小为8个字节，和编译器默认相同。那就取8，此时只能取8的2倍，即偏移量为16的位置.如下：

接着总大小为所有成员（包括嵌套的那个结构体）的最大对齐数的整数倍

他们的对齐数分别为1 4 8

所以最大对齐数是8，然后整数倍，只能是24，即8的3倍. 

即此结构体的大小为24.我们看结果：

结果正确.

这里还有几道题，希望有时间可以做一下来巩固一下自己所学的知识。 

 

//求S2结构体的大小
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};

//求S3结构体的大小
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};

结果自己可以运行尝试一下哦，看看与自己运算的是否相符。

如有疑问的地方，欢迎私信联系哦.

题外话：

为什么存在内存对齐?
大部分的参考资料都是如是说的：
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

结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法.

---来源于比特就业课教材

那么结构体的内存对齐就到此为止了，还是一样，若是有疑问的地方，欢迎留言或者私信哦。