C++中的内存数据对齐

内存对齐的原因：
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。

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在我们的程序中，数据结构还有变量等等都需要占有内存，在很多系统中，它都要求内存分配的时候要对齐，这样做的好处就是可以提高访问内存的速度。

我们还是先来看一段简单的程序：

程序一

 1 #include <iostream>
 2 using namespace std;
 3 
 4 struct X1
 5 {
 6   int i;//4个字节
 7   char c1;//1个字节
 8   char c2;//1个字节
 9 };
10 
11 struct X2
12 {
13   char c1;//1个字节
14   int i;//4个字节
15   char c2;//1个字节
16 };
17 
18 struct X3
19 {
20   char c1;//1个字节
21   char c2;//1个字节
22   int i;//4个字节
23 };
24 int main()
25 {   
26     cout<<"long "<<sizeof(long)<<"\n";
27     cout<<"float "<<sizeof(float)<<"\n";
28     cout<<"int "<<sizeof(int)<<"\n";
29     cout<<"char "<<sizeof(char)<<"\n";
30 
31     X1 x1;
32     X2 x2;
33     X3 x3;
34     cout<<"x1 的大小 "<<sizeof(x1)<<"\n";
35     cout<<"x2 的大小 "<<sizeof(x2)<<"\n";
36     cout<<"x3 的大小 "<<sizeof(x3)<<"\n";
37     return 0;
38 }

      
这段程序的功能很简单，就是定义了三个结构X1,X2,X3,这三个结构的主要区别就是内存数据摆放的顺序，其他都是一样的，另外程序输入了几种基本类型所占用的字节数，以及我们这里的三个结构所占用的字节数。

这段程序的运行结果为：

1 long 4
2 float 4
3 int 4
4 char 1
5 x1 的大小 8
6 x2 的大小 12
7 x3 的大小 8

结果的前面四行没有什么问题，但是我们在最后三行就可以看到三个结构占用的空间大小不一样，造成这个原因就是内部数据的摆放顺序，怎么会这样呢？

下面就是我们需要讲的内存对齐了。

内存是一个连续的块，我们可以用下面的图来表示,  它是以4个字节对一个对齐单位的：

                                                    图一

让我们看看三个结构在内存中的布局：

首先是 X1，如下图所示

X1 中第一个是 Int类型，它占有4字节，所以前面4格就是满了，然后第二个是char类型，这中类型只占一个字节，所以它占有了第二个4字节组块中的第一格，第三个也 是char类型，所以它也占用一个字节，它就排在了第二个组块的第二格，因为它们加在一起大小也不超过一个块，所以他们三个变量在内存中的结构就是这样 的，因为有内存分块对齐，所以最后出来的结果是8，而不是6，因为后面两个格子其实也算是被用了。

再次看看X2，如图所示

X2 中第一个类型是Char类型，它占用一个字节，所以它首先排在第一组块的第一个格子里面，第二个是Int类型，它占用4个字节，第一组块已经用掉一格，还 剩3格，肯定是无法放下第二Int类型的，因为要考虑到对齐，所以不得不把它放到第二个组块，第三个类型是Char类型，跟第一个类似。所因为有内存分块 对齐，我们的内存就不是8个格子了，而是12个了。

再看看X3，如下图所示：

关于X3的说明其实跟X1是类似的，只不过它把两个1个字节的放到了前面，相信看了前面两种情况的说明这里也是很容易理解的。