1. 结构体的大小

在自己正真了解过之前，一直认为结构体的大小就是结构体内部成员大小的总和。

但当你去尝试打印结构体的大小时，会发现事实并非如此，也不会像你想的那样简单。

#include <stdio.h>

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

struct S2
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};

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

给出这样的两个结构体，它们的元素完全相同，只是定义的顺序不一样。

按照直觉来说，它们的大小都应该是两个字符和一个整形的大小的总和，也就是6。

但是当我们实际打印出来之后会发现，struct S1的大小是8，而struct S2的大小是12。

也就是说，结构体的大小肯定不只是由其成员的大小和数量决定，至少还会与其成员定义的顺序有关。

那么，结构体的大小到底存在着什么样的机制呢?

这个所谓的机制，就是结构体内存对齐。

2. 结构体内存对齐

结构体内存对齐，就是指结构体成员在被定义时所分配到的空间并不是连续的，而是会基于不同变量对齐数的不同，去对应某些固定的位置的空间。

2.1 为什么要对齐

按理来说，对齐应该会导致元素因为没有紧密排列而造成空间的浪费，那么为什么要对齐呢？

2.1.1 平台原因

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。

2.1.2 性能原因

数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然然边界上对齐。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。假设⼀个处理器总是从内存中取4个字节，则地址必须是4的倍数。如果我们能保证将所有的int类型的数据的地址都对齐成4的倍数（相对于结构体首个字节的地址来说），那么就可以用⼀个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需要执行两次内存访问，因为对象可能被分放在两个4字节内存块中。

以struct S2为例：

struct S2
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};

总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

2.2 对齐规则

1. 结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量（相距的字节数）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。

对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数 与 该成员变量大小的较小值。

- VS 中默认的值为 8

- Linux中 gcc 没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小

3. 结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。

4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中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（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

2.3 举例

2.3.1 struct S1

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

1. c1作为第一个成员，在结构体的首地址处；

2. c2对齐数为1，所以紧贴着上一个元素；

3. i对齐数为4，由于前四格空间已经被占用，所以i向后寻找到的第一个为4的倍数的地址如图；

4. 最大对齐数为4，而8刚好是4的倍数，于是结构体大小为4。

2.3.2 struct S2

struct S2
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};

1. c1作为第一个成员，在结构体的首地址处；

2.  i对齐数为4，由于前四格空间已经被占用，所以i向后寻找到的第一个为4的倍数的地址如图；

3. c2对齐数为1，紧贴着前面一个元素；

4. 最大对齐数为4，目前结构体已经占用了9个字节，由于结构体的大小需要是4的倍数，所以其大小只能为12了。

2.3.3 其他

struct S3//16
{
    double d;
    char c;
    int i;
};

struct S4//32
{
    char c1;
    struct S3 s3;
    double d;
};

这两个案例可以自己尝试一下，要自己动手才能记得牢，不是我懒得写。

2.4 修改默认对齐数

用“#pragma()”这个预处理指令，可以修改默认对齐数。

#pragma pack(4)//默认对齐数改为4
#pragma pack()//恢复默认对齐数
#pragma pack(1)//等价于不对齐