结构体的内存对齐问题探索

    在讨论这个问题之前我觉得先回顾一下结构体的各项性质。

    1、结构体如何定义？

• struct A

{

int a;

int b;

};

A a1 = {1,2};

• struct B b1

{

.a = 1，

.b = 2

};

• struct C c1

{

       a:1，

b:2

};

第一种比较常用，由它也可以衍生出不少初始化的方法：

struct A
{
int a;
int b;
}a1 = {1,2};

或者

struct 
{
int a;
int b;
}a1 = {1,2};

在或者也可以直接使用typedef进行定义和更名。

在第二种和第三种初始化方法中成员的顺序可以改变，第一种是不可的。

2、为什么要使用结构体？

   其实这个问题就要从数组的特点开始说起，因为数组拥有：相同类型的数据，连续分配的内存并且内存大小一旦确定就无法改变，数组的名字为一个指针，代表的是这个数组首元素的地址。

   那么当我们要使用一个稍微复杂的数据集合体，比如学生这个个体，包含了学生的学号姓名班级成绩等信息，这样用一个数组是无法表述的，这个时候就引入了结构体类型，结构体类型可以定义一个包含这些所有数据类型的变量，从而实现对这个整体的操作。

3、接下来我们来谈一谈结构体的内存对齐问题。

   现在有这样一个结构体类型：

struct A 
{
int a;
char b;
double c;
};

如果按照常理来计算它的内存，应该是4+1+8=13B，但是用sizeof计算内存时，测得结果是16，这是怎么回事？我查了网上的资料了解到，结构体在分配内存的时候涉及到”内存对齐“的问题。那么什么是”内存对齐“呢？

这里我引用了百度百科对内存对齐的解释：内存对齐”应该是编译器的“管辖范围”。编译器为程序中的每个“数据单元”安排在适当的位置上。

具体的规则下面会有讨论，这里还要先说一下为什么要有内存对齐呢，像上面一样直接分配13个字节不就完了嘛？

大部分资料解释都是硬件原因，本人对硬件也不是很了解，比如说ARM单片机在取址的时候是32位取，也就是一次4个字节，如果不内存对齐，那么将会大大减小取址的效率，有的甚至直接抛出硬件异常，也就是所谓的平台移植问题。还有一点就是数据结构尤其是栈，应该最大限度在自然边界上对齐，不然处理器需要访问两次才能完成操作，效率受到影响。

那么如何内存对齐呢？

有三个规则：

1、结构体中的第一个成员的首地址也即是结构体变量的首地址。

2、结构体中的每一个成员的首地址相对于结构体的首地址的偏移量（offset）是该成员数据类型大小的整数倍。

3、结构体的总大小是对齐模数（对齐模数等于#pragma pack(n)所指定的n与结构体中最大数据类型的成员大小的最小值）的整数倍。

下面来举个例子：

struct A 
{
short a;  4
int b;     4
char c;   4 
double d;    8
};

在GCC下因为系统默认是4字节对齐，所以在我的电脑上运行后结果是20。

由于编译器会优化的问题，各个编译器可能不一样。