【C语言】手撕结构体内存对齐

©作者:末央＆

©系列:C语言初阶(适合小白入门)
©说明:以凡人之笔墨，书写未来之大梦

结构体对齐规则

怎么计算结构体的内存大小。这就涉及到结构体内存对齐的问题。

知道了结构体内存对齐规则，我们就可以计算结构体的大小了。计算结构体的大小可分为三个步骤。我们拿下面这个结构体举例

c 复制代码

struct S
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

第一步：找出每个成员变量的大小将其与编译器的默认对齐数相比较，取其较小值为该成员变量的对齐数。

第二步：根据每个成员对应的对齐数画出它们在内存中的相对位置。

第三步：通过最大对齐数决定最终该结构体的大小。

通过图我们可以知道，绿色部分（double d成员占用）+红色部分（char c成员占用）+紫色部分（int i成员占用）+红色与紫色之间的白色部分（浪费掉了）总共占用了16个字节的内存空间。

我们需要将它们总共占用的内存空间（16）与结构体成员的最大对齐数（8）相比较，结构体的总大小为最大对齐数的整数倍，此时16正好是8的整数倍，所以该结构体在VS编译器下的大小就16个字节。即创建一个该类型的结构体变量，内存需为其开辟16个字节的内存空间。

注意：大多数情况下，成员变量已经占用的总字节个数并不一定正好为其成员变量中的最大对齐数的整数倍，这时我们需要将其扩大为最大对齐数的整数倍。

为什么存在内存对齐？

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；某些平台只能在某些地址处取得某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

比如，当一个平台要取一个整型数据时只能在地址为4的倍数的位置取得，那么这时就需要内存对齐，否则无法访问到该整型数据。

性能原因：数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需一次。

在画图时可能有博友会想，内存这么重要，在进行内存对齐的时候怎么还有内存被白白浪费掉呢？

现在看来，其实结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

设计结构体时的技巧

其实在我们设计结构体的时候，如果结构体成员的顺序设计得合理的话，是可以避免不必要的内存消耗的。

两个结构体的成员变量相同，但是成员变量的顺序不同，可能就会出现结构体的大小不同的情况：

c 复制代码

struct S1
{
	char a;
	char b;
	int c;
};//结构体1
struct S2
{
	char a;
	int c;
	char b;
};//结构体2

  我们可以看到，结构体1和结构体2的成员变量一模一样，可是当我们按照内存对齐规则来计算两个结构体的大小的时候，会发现两个结构体的大小不一样，在VS编译器下第一个结构体大小为8，第二个结构体大小为12。

可以见得，结构体成员变量的顺序不同，可能会造成内存不必要的损失。将占用空间小的成员尽量集中在一起，可以有效地避免内存不必要的浪费。