C语言——结构体的内存存储规则

一、引言

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struct stu1
{
	char a;
	short b;
	int c;
};
struct stu2
{
	char a;
	int c;
	short b;
};

int main()
{
	//输出结构体所占字节大小
	printf("%d\n", sizeof(struct stu1));  // 结果：8
	printf("%d\n", sizeof(struct stu2));  // 结果：12
}

在 C 语言中定义结构体时，成员变量顺序不同，最终结构体占用的内存大小也不同 ，并非简单把所有成员字节数相加。这背后就是结构体内存对齐机制。

二、内存对齐核心思想

（一）为什么要内存对齐

计算机CPU访问内存数据时，不会零散逐字节读取，而是优先以2的整数倍字节批量访问，常见为2Byte、4Byte、8Byte，以此提升读写效率。

内存对齐是为了让每一个成员的内存尽可能保持对齐，这样CPU一次访问的字节数，就可以直接完整取到这个元素。

核心思想：用空间换取访问时间效率

（二）内存对齐规则

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

（1）对齐数 = 编译器默认对齐数与该成员大小的较小值

（2）VS环境下默认对齐数是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.如果是嵌套结构体

（1）嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处

（2）结构体整体大小就是"所有最大对齐数（含嵌套的对齐数）"的整数倍

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struct stu1
{
	char a;		// 偏移 0，占用 1 字节 -> 【0】
    			// 偏移 1，"浪费 1 字节"（为了对齐）
	short b;	// 对齐数：min(2, 8) = 2
    			// 从偏移 2 开始，占用 2 字节 -> 【2, 3】
	int c;		// 对齐数：min(4, 8) = 4
    			// 从偏移 4 开始，占用 4 字节 -> 【4, 5, 6, 7】
};	

// 总大小：8 Byte
// 校验：8 % 最大对齐数(4) == 0，满足规则！

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struct stu2
{
	char a; 	// 偏移 0，占用1字节   【0】
         		// 偏移 1、2、3，浪费3字节（对齐填充）
	int c;		// 对齐数：min(4, 8) = 4
         		// 偏移 4 开始，占用4字节 【4,5,6,7】
	short b;	// 对齐数：min(2, 8) = 2
         		// 偏移 8 开始，占用2字节 【8,9】
};	

// 当前总长度：10 Byte
// 校验：10 % 最大对齐数(4) != 0，不满足规则！
// 自动填充字节，补齐到 12 Byte

（三）手动修改默认对齐数

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#pragma pack(n)    // 设置默认对齐数为 n（n 只能是 1、2、4、8、16）
#pragma pack()     // 取消手动设置，恢复编译器默认（VS 默认 8）