💙作者：阿润菜菜
📖专栏：一起学习C言
本文目录
在内存中观察
结构体内存对齐的规则：
为什么存在内存对齐？
编程中我们该如何设计结构体？
修改默认对齐数
相关笔试题
在内存中观察
首先我们来看一段代码：这里有两个结构体，只有成员顺序不一样
//1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
//2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};那么你们觉得S2大小是几个字节？S1又是多少？
作为C语言初学者一般是这样认为的：char 1字节 int 4字节 所以都是6字节
但实际上结果不是这样的，为什么呢？下面我们就来看看结构体内存对齐的知识：
如图，假设0为结构体S1在内存中的首地址，顺序123...为相对于首地址的偏移量（宏 offsetof 用来计算结构体成员相对于起始位置的偏移量）
通过offsetof可以计算出三个变量（c1,i,c2)各自对应的偏移量： 0 ,4 ,8
我们发现，在内存中红色的空间并没有被使用，而是都被浪费掉了，同样观察结构体S2成员变量排列情况：
通过以上，我们可以知道结构体成员变量在内存中并不是按照顺序排列的，而是按照一定的规则进行内存对齐排序的：
结构体内存对齐的规则：
- 结构体的第一个成员直接对齐到相对于结构体变量起始位置为0的地址处
- 从第二个成员开始，要对齐到某个【对齐数】的整数倍的偏移处
- 对齐数：结构体成员自身大小和默认对齐数的较小值（VS中默认的值为8，Linux环境默认不设对齐数）
- 结构体的总大小，必须是最大对齐数的整数倍。每个结构体成员都有一个对齐数，其中最大的对齐数就是最大对齐数
为什么存在内存对齐？
总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
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。
编程中我们该如何设计结构体？
那在我们设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间： 让占用空间小的成员尽量集中在一起。
如：
//不推荐
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
//推荐
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};虽然S1和S2类型的成员一模一样，但是S2所占的内存空间就少了一些
修改默认对齐数
在结构在对齐方式不合适的时候，我们可以利用#pragma 这个预处理指令更改默认对齐数：
#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认相关笔试题
1. 如下C程序，在64位处理器上运行后 sz 的值是什么（ ）
正确答案：B
要注意的是64位的情况下指针是占8个字节的,剩余详细了解结构体内存对齐的规则
2.百度笔试题： 写一个宏，计算结构体中某变量相对于首地址的偏移，并给出说明
#define STRUCT_OFFSET(id, element) ((unsigned long)(&(( struct id*)0)->element))
考察： offsetof 宏的实现因为是求偏移量 所以假设结构体的首地址是0开始，把他转换成结构体指针类型，在用 -> 取得他的成员，前面加了一个& 就是取得这个成员的 地址，最后在强制转换成unsigned long, 这样就得到了偏移量。
本节完
