详解c++中的sturct

在c中struct只能存放数据，在c++中为其扩展了创建成员函数的功能，struct中的成员默认都是public的，struct的继承默认也是public，并且它是无法用于定义模板参数 ，这是它与class的主要区别。

虽然在c++中struct可以定义成员函数，不过我们还是将它主要用于定义一些 POD(plain old data)，在 C++11 及之后的标准中，POD 类型需要同时满足两个独立条件：

平凡：类型具有默认的构造/拷贝/移动/析构函数（可自动生成且非虚）
标准布局（Standard Layout） ：内存布局与 C 兼容，成员排列顺序符合特定规则
同时满足平凡性和标准布局的类型称为 POD 类型，这类数据可以安全使用 memcpy 等底层内存操作，因为它们的内存布局与 C 完全兼容且没有特殊处理需求。

内存对齐

内存对齐主要有三点原因，一是为了提高cpu的访问效率，cpu在读取时是按照块进行读取的，比如64位系统一般一次性读取8字节。二是早期某些平台不对齐访问会直接崩溃 或触发异常，三是为了保证原子操作，原子指令通常要求数据对齐，否则无法保证原子性。

内存对齐的基本规则：

每个成员 按照其自身大小对齐（char按1字节，int按4字节，double按8字节）
成员的起始地址必须是其对齐值的整数倍
struct整体大小必须是最大对齐值的整数倍

举例：

cpp 复制代码

struct Example1 {
    char a;     // 偏移0，占用1字节
                // 填充7字节（让double从8的倍数开始）
    double b;   // 偏移8，占用8字节
    char c;     // 偏移16，占用1字节
                // 填充7字节（使总大小为8的倍数）
};  // 总大小：24字节

struct Example2 {
    double b;   // 偏移0，占用8字节
    char a;     // 偏移8，占用1字节
    char c;     // 偏移9，占用1字节
                // 填充2字节（偏移10-11）← int 需要4字节对齐
    int d;      // 偏移12，占用4字节  ← 10不是4的倍数，要从12开始
};  // 总大小：16字节 ✓

struct Example3 {    // 从大到小排列
    double b;   // 偏移0，占用8字节
    int d;      // 偏移8，占用4字节
    char a;     // 偏移12，占用1字节
    char c;     // 偏移13，占用1字节
                // 填充2字节（偏移14-15），使总大小为8的倍数
};  // 总大小：16字节

在内存对齐的情况下，我们想要访问一个数据cpu都只需要读取一次内存，假设没有内存对齐，拿Example1的成员顺序举例，内存的前8字节会存放一个完整的char a（1字节）和double b的前7字节。如果我们想要访问这个double b，cpu就需要访问两次内存才能拼凑出完整的数据。

为了提高运行效率和确保稳健性一般建议开启内存对齐，小建议：

按从大到小 的顺序声明成员，可以减少内存浪费（参考Example3）
在一些嵌入式设备中，内存是比较宝贵的，内存对齐虽然可以提高运行效率，但会浪费一些内存空间，这时候我们可以通过#pragma pack来关闭内存对齐，用时间换空间。

cpp 复制代码

// 正常对齐（默认）
struct Normal {
    char a;     // 1字节
                // 填充7字节
    double b;   // 8字节
    char c;     // 1字节
                // 填充7字节
};  // 总大小：24字节

// 1字节对齐，取消填充
#pragma pack(1)
struct Packed1 {
    char a;     // 1字节
    double b;   // 8字节
    char c;     // 1字节
};  // 总大小：10字节
#pragma pack()  // 恢复默认对齐

// 2字节对齐
#pragma pack(2)
struct Packed2 {
    char a;     // 1字节
                // 填充1字节
    double b;   // 8字节（按2字节对齐，每次最多填充1字节）
    char c;     // 1字节
                // 填充1字节
};  // 总大小：12字节
#pragma pack()

// 4字节对齐
#pragma pack(4)
struct Packed4 {
    char a;     // 1字节
                // 填充3字节
    double b;   // 8字节（按4字节对齐）
    char c;     // 1字节
                // 填充3字节
};  // 总大小：16字节
#pragma pack() //恢复正常对齐

int main() {
    printf("Normal:  %zu 字节\n", sizeof(Normal));
    printf("Pack(1): %zu 字节\n", sizeof(Packed1));
    printf("Pack(2): %zu 字节\n", sizeof(Packed2));
    printf("Pack(4): %zu 字节\n", sizeof(Packed4));
    return 0;
}

//输出
Normal:  24 字节
Pack(1): 10 字节
Pack(2): 12 字节
Pack(4): 16 字节