结构体的内存对齐

结构体的内存对齐是考研考试和笔试的热门考点之一，在正式介绍结构体的内存对齐之前，我们还思考一下下面的两段代码，大家可以猜测一下这两段代码中的结构体大小是多少？

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
 
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

如果之前没有对结构体大小的相关了解的话，我想大多数人的答案都是，6， 6。

答错了并没有关系，接下来我就带大家来了解一下，结构体的内存对齐是怎么回事，学完这个之后，以后结构体大小的相关计算，对大家来说就不在话下了。

废话不多说，我们先给出规则：

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对齐数的整数倍的地址处。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。VS中默认的值为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。

我们先来介绍一下什么是偏移量。当我们创建好一个结构体变量时，计算机就会在内存中为这个结构体变量分配内存空间，那么偏移量就是指相对于内存的起始位置的大小，比如说偏移量为0，那么就是指结构体变量内存的的起始点，也就是第一个内存中的第一个字节处（如下图）

 图片右侧红色的数字就代表了偏移量的大小。

那么根据第一条规则：第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。（我们以struct S1为例）

那么C1的大小是一个字节，且在偏于量为0的地址处，所以C1在内存中所占的空间就如下图

 

接着我们来看第二条规则：其他成员变量要对齐到对齐数的整数倍的地址处。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。VS中默认的值为8

也就是说，除了第一个成员变量，其他的成员变量都要从对齐数的整数倍开始占用内存空间，那么什么是对齐数呢？对于不同的编译器，对齐数可能不同，在VS中对齐数的值默认是8，但是在linux中就没有对齐数，编译器和该成员大小中较小的那个，就是要作为其他成员变量标准的。

i的大小是4个字节，VS默认是8个字节，所以i要在4的整数倍的地址处开始占用空间，所以i在内存中占用的空间如下图：

那么接下来的C2大小也是一个字节，所以C2要从1的倍数处开始占用空间，如下图：

 

我们可以看到，struct S1在内存中占用的空间在偏移量9的地址处就结束了，此时结构体struct S1的大小为9个字节。那么下图中红色的空间就是被浪费掉的空间了

 此时还没有结束，我们再来看规则的第三条：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。

最大对齐数就是所有的成员变量的对齐数中最大那一个，在上述的三个成员变量中

struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};

对齐数分别是1 4 1，最大为4，所以结构体struct S1的总大小就是4的倍数，而我们得出总大小是9，不是4的倍数，离9最小的4的倍数就是12了，所以得出最终的结论：结构体struct S1的总大小是12

验证：

 

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关于第四条：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。

我们需要用另外一段代码来讲

struct S3
{
	int d;
	char c;
	int i;
};
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));
 
	return 0;
}

在结构体struct  S4中创建了struct  S3的结构体变量s3，那么s3就要对齐到s3中三个成员变量中最大的对齐数的整数倍地址处（也就是8）

那么下面用画图的方试对大家展示一下struct S4的内存占用：

大小是24个字节，再根据第三条规则，struct S4中最大对齐数是8，24正好是8的整数倍，所以最终输出结果就是24了

到这里，关于结构体内存对齐的知识点就介绍完了，大家可以多找几道题目来练习一下，只要规则记住，相信这也不是难题啦！

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