结构体的内存对齐问题

什么是数据对齐？

   数据所在的内存地址必须是该数据长度的整数倍。

为什么要数据对齐？

     主要是因为访问内存的硬件电路。一般情况下，地址总线总是按照对齐后的地址来访问的。 例如你想得到地址以0x00000001开始的数据，首先需要以0x00000000开始读取4个字节，取出后三个字节。然后以0x00000004作为开始地址，读取4个字节，取前一个字节。将前面的三个字节和后面的一个字节组合成要读取的数据。但是如果一开始将数据存在0x00000000位置上，则只需要读取一次即可。提高了CPU的访问效率（程序运行效率）。

数据对齐原则：

（1）结构体变量的首地址能够被其最宽数据类型成员的大小整除。

（2）结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量都是每个成员本身大小的整数倍，如果有需要会在成员支架填充字节。

（3）结构体变量所占空间大小必定第最宽数据类型大小的整数倍。

例子1：

struct A{     short a1;     short a2;     short a3;}

首先A中最宽的数据类型为2字节，故结构体A为2字节对齐。结构体内的各成员分别以各自的类型长度对齐。

数据对齐：

|----short----|   2字节

|----short----|   2字节

|----short----|   2字节

所以A的大小为6字节。

例子2：

struct B{    double a;    short b;}

        在B中最宽的数据类型为double 8字节，故B为8字节对齐。short占2个字节，所以变量b开始的地址，应该能够被2整除。该例子中a开始的位置为0，则b开始的位置为8，能被2整除，满足数据对齐的第二条准则。然后所有的字节相加结果为10 ，10作为结构体B的大小，应该能够被8整除。现在不满足第三条准则，应该在后面补6个0，故最终结构体B的大小为16。

数据对齐：

|----------------|----------------| 8字节

              double

|--------|------------------------| 8字节

short

所以B的大小为16字节。

例子3：

struct C{    char c;    B b;    int x;}

      在该例子中，结构体C的成员变量中存在结构体B，在决定结构体C的数据对齐方式时，应该把B拆散，在C和B的所有成员变量中寻找最宽的数据成员，结果为double 类型。故结构体C为8字节对齐。而在各自成员变量对齐时，B应该看作是一个整体，一共16字节。

数据对齐：

|----|--------------------------------| 8字节

char

|-------------------------------------| 8字节

                      B

|-------------------------------------| 8字节

                       B

|------------------|-------------------| 8字节 

          int

所以C的大小为32字节。

例子4：

#pragma pack(n) 命令，n一般为1 2 4 8 16 ......。

若有#pragma pack(n) 命令时，数据对齐应该取 n 与结构体中最宽数据类型中较小的一个。

#pragma pack(4)struct D{    int a;    double b;}

      在该例中，结构体成员变量中最宽的数据类型为double，设定的字节长度为4。故结构体D的数据对齐长度应为两者中较小的4字节。

数据对齐：

|----------------| 4字节

       int

|----------------| 4字节

     double

|----------------| 4字节

     double

故D的大小为12字节。

运行环境：VS2010  Win32编译器，64位处理器。

程序代码：

struct A{     short a1;     short a2;     short a3;}; struct B{    double a;    short b;}; struct C{    char c;    B b;    int x;}; #pragma pack(4)struct D{    int a;    double b;};#pragma pack()struct E{    <span style="color:#ff0000;">//空结构体  sizeof(E)为1</span>};struct F{    <span style="color:#ff0000;">//含有静态成员变量的结构体，sizeof（F）为8，不计算静态变量的内存。</span>    static int a;    double b;};int main(  ){cout<<"A: "<< sizeof(A)<<endl;cout<<"B: "<<sizeof(B)<<endl;cout<<"C: "<<sizeof(C)<<endl;cout<<"D: "<<sizeof(D)<<endl;cout<<"E: "<<sizeof(E)<<endl;cout<<"F: "<<sizeof(F)<<endl;return 0;}

运行结果：