C结构体内存对齐

引言

结构体的内存对齐问题一直以来都受到很大的关注。平常使用时，我们又sizeof()操作符可以求出结构体类型的大小，也有offsetof()宏来求取结构体对应成员变量的偏移。但仅仅会使用这两者还是不够的，我们还需要掌握其成员变量在内存中的对齐方式，以在有必要的情况下，合理排布成员变量的顺序，减少结构体类型所占字节。所以今天再次走进结构体内存对齐这个话题，探索内存对齐的规则。

在下面我们先借用外力来求结构体大小以及内存对齐，然后再来分析具体细节。

sizeof()

对sizeof()要注意的一点就是是个操作符而不是函数了。相信有关操作大家也都早已清楚，那么找一个特殊的例子吧：有一个空的结构体，对它用sizeof()求大小，结果是多少？0吗？不妨在你的机子上试一下。

struct test
{};
int main()
{
int size = sizeof(struct test);
return 0;
}

当你满怀疑惑的运行起这段代码的时候，发现结果似乎有些出乎意料，不是0，而是1（准确的说是大部分人是1。这样的测试时平台相关的）。 为什么呢？

分析一下就知道了，假设我用这个结构体类型创建了两个结构体变量，struct test t1，t2；如果这个结构体类型大小为0，那么t1和t2将会拥有同一个地址，显然编译器此时无法区分这两个逻辑上不同的变量。所以主流的编译器大都为其分配一个字节的大小，用以占位，表名这个地址是被占了的，若是再分配的多一点，显得有些浪费了，没必要这么做。当然还有少数编译器， 它们为其分配的字节数可能会多一点，这是编译器决定的。

offsetof()

这是一个宏，在stddef.h头文件中。用来求取结构体中成员变量的偏移，用法也很简单（如下求 i 的偏移）：

struct test
{
char c;
int i;
};
int main()
{
int offset = offsetof(struct test, i);
return 0;
}

这个例子运行后offset的值为4.

库函数中的offsetof实现方法：

#define offsetof(s,m)   (size_t)&(((s *)0)->m)

结构体内存对齐规则

1、第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

2、其它成员变量要对齐到某个数（对齐数）的整数倍的地址处。

对齐数：编译器的 默认对齐数 与 该成员大小 中的较小值（对齐数不是默认对齐数）。

VS中默认对齐数为 8

linux中默认对齐数为4

3、结构体总大小为 最大对齐数 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（结构体中的成员的最大对齐数）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。

举个栗子（在VS中）：

struct D
{
double b;
char c;
int i;
};

b的偏移为0，因为是第一个变量。b的默认对齐数为8，b的大小为8，对齐数（前两者中较小值）为8；

c的默认对齐数为8，c的大小为1，对齐数为1，偏移为8；

i的默认对齐数为8，i的大小为4，对齐数为4，偏移为12（对齐到对齐数的整数倍处）。

计算大小为16字节，然后整体大小要为最大对齐数（8,1,4中的最大值）的整数倍，已经满足，无需补齐。如下图所示：



特殊例子(注意下面这个结构体B并没有定义一个结构体变量)：

struct A
{
struct B
{
char a;
};//在C语言中相当于没有外边的大括号,sizeof(struct A)==2;在C++中相当于整个B都没有，sizeof(struct A)==1
char b;
};

修改默认对齐数

默认对齐数也是可以修改的：

#pragrma pack (4) //修改默认对齐数为4

//code

#pragram pack () //之间默认对齐数为4